<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Induktionsmasohinenkaskade, die aus zwei ein-oder mehrphasigen je einen
Läufer aufweisenden Induktionsmaschinen besteht, deren Läufer entweder auf einer gemeinsamen Welle an- geordnet oder deren Wellen starr miteinander gekuppelt sind, wobei die Läuferwicklung der ersten Induk- tionsmaschine mit der Läuferwicklung der zweiten Induktionsmaschine schleifringlos verbunden ist. i Eine solche Induktionsmaschinenkaskade ist aus der USA-Patentschrift Nr. 3, 571, 693 bekannt.
Ferner werden in einem Artikel von Prof. Dipl.-Ing. Dr. Sequenz, der in der Buchreihe"Die Wicklungen elektrischer Maschinen" erschienen, Ableitungen aufgezeigt, wie bei einer Kaskadenschaltung aus den Win- dungszahlen und Wioklungsfaktorenverhältnissen die magnetischen Beanspruchungen im Luftspalt unter dem
Einfluss der Ständerströme berechnet werden.
Bisher ist eine der gebräuchlichen Induktionsmaschinen der Schleifringläufer. Der Drehzahlverstellung eines Schleifringläufermotors kann bekanntlich bei Belastung durch Einschaltung von Widerständen in den
Läuferkreis erfolgen bzw. unabhängig von einer Belastung durch Einfügen einer lastungsabhängigen Fremd- spannung an den Läuferkreis.
Als Fremdspannung in den Läuferkreis werden in der Praxis die Spannung eines Stromrichters einer
Stromrichterkaskade eingeführt. Die grundsätzliche Wirkungsweise der Stromrichterkaskade ist bekannt und ist auch im Sonderdruck der ELIN-Zeitschrift, Jahrgang XXIII, Heft 1 vom März [1971] vonH. Rablbesohrie- ben worden.
Ferner ist auch ein System bekannt, dessen Prinzip auf der mechanischen Masohinenkaskade basiert, die zwei Schleifringläufermotoren aufweist, wobei der Zweck der Kaskadenanordnung darin besteht, mit zwei
Motoren drei Drehzahlen zu erhalten.
Wie in "Betriebsverhalten von Asynchronmaschinen"von Kovacs, S. 160 und folgende beschrieben ist, können mit Hilfe von zwei Asynchronmaschinen mit verschiedenen Polpaarzahlen verlustlos die drei Dreh- zahlen eingestellt werden. Zwei hievon sind zu erreichen, indem man die Maschine jede für sich an das Netz als gewöhnliche Asynchronmotoren schaltet. Die dritte Drehzahl lässt sich dadurch erreichen, dass der Ständer
EMI1.1
Schleifringe gespeist wird. Die Kaskadendrehzahl für dieses Maschinensystem ergibt sich aus folgender Be- f. 60 ziehung : n =-'--, wobei die Bedingung aufrechterhalten werden muss, dass der Widerstand im Läuferkreis kask Pi + P2
EMI1.2
fHerstellung. Ausserdem sind auch grosse Probleme bei der Verwendung der Schleifringe bzw. Bürsten bei- spielsweise die Schwierigkeiten des Stromüberganges aufgetreten.
Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Schleifringläufers ist die beschränkte Anwendung in explosionsgefährdeten Räumen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen drehzahlregelbaren Antrieb zu schaffen, dessen Aufbau einfach ist und dessen Einsatzmöglichkeiten die des normalen Schleifringläufermotors übertreffen. Durch die erfindungsgemässe Induktionsmaschinenkaskade wird diese Aufgabe erstmals gelöst, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Maschinenluftspalt beider Induktionsmaschinen auf den gemeinsamen, durch die den Polpaarzahlen der Induktionsmaschinen zugeordneten Kaskadendrehzahl festgelegten Wert reduziert ist.
Bei einerInduktionsmaschinenkaskade der eingangs zitierten Art kann die Speisung des Ständers der ersten Maschine aus einer Wechsel-Spannungsquelle, vorzugsweise aus dem Netz erfolgen und die Läufer der beiden Maschinen können miteinander schleifringlos verbunden sein. Der Ständer der zweiten Maschine kann mit einem regelbaren Widerstand oder einer veränderlichen Gegenspannung verbunden oder kurzgeschlossen sein. Eine solche erfindungsgemässe Maschinenkaskade weist einen Drehzahlbereich von n = 0 bis nkask und die Charakteristik eines Schleifringläufermotors auf.
Der Drehzahlbereich der erfindungsgemässen Maschinenkaskade ist zwar von dem eines Einzelschleifringläufers verschieden, jedoch die Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemässen Antriebes unter Anwendung aller bekannten Anlass- und Stellverfahren des normalen Schleifringläufermotors übertreffen diesen bei weitem. Dies ist auch aus folgenden Überlegungen zu ersehen :
Bei Aufrechterhaltung der eingangs genannten Beziehung ergibt sich eine maximal erreichbare Drehzahl
EMI1.3
Formel : schine.
Daraus ergibt sich nun, dass die Maschinenkaskadendrehzahl von der Polzahl abhängig ist. Aus der folgenden Tabelle ist dieser Zusammenhang zu entnehmen.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<tb>
<tb>
Polzahl <SEP> der <SEP> Vordermaschine <SEP> polzahl <SEP> der <SEP> Hintermaschine <SEP> max. <SEP> Drehzahl
<tb> 2 <SEP> 2 <SEP> 1500 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 4 <SEP> 1000
<tb> 4 <SEP> 4 <SEP> 750
<tb> 4 <SEP> 6 <SEP> 600
<tb> 6 <SEP> 6 <SEP> 500
<tb>
Diese Tabelle kann entsprechend der oben angeführten Formel erweitert werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Drehstrom-Induktionsmaschinensystems ist darin zu sehen, dass die Leistungsgrenze nicht beschränkt ist, da die Spannungsübersetzungsverhältnisse frei gewählt werden können.
Um auch eine weitere Erhöhung der Wirtschaftlichkeit zu erreichen, d. h. die Verluste und auch den cos So der erfindungsgemässen Induktionsmaschinenkaskade einer Einzelmaschine gleichzusetzen, wird der Maschinenluftspalt auf das der Kaskadendrehzahl entsprechende Mass reduziert.
Wird also bei einer erfindungsgemässen Induktionsmaschinenkaskade eine 4 und eine 6-polige Maschine verwendet, so weisen diese einzelnen Induktionsmaschinen einen Luftspalt auf, der einer 1 0-poligen Maschine, deren Drehzahl 600 Umdr/min beträgt, entspricht. Es werden also die Luftspalte bei den einzelnen Maschinen der erfindungsgemässen Induktionsmaschinenkaskade weitaus kleiner sein, als bei einem entsprechenden Schleifringläufermotor, der als einzelne Maschine Anwendung findet.
Vor allem dient die Erfindung besonders als Antrieb in explosionsgeschützter Bauweise, da durch bürstenlose Ausführungsmöglichkeiten die Gefahr der Funkenbildung wegfällt. Auch für druckfeste oder fremdbelüftete Antriebe ist das erfindungsgemässe Drehstrom-Induktionsmaschinensystem ausserordentlich gut ein- satzfähig.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist in der Wirtschaftlichkeit dieser Maschine, vor allem beiMaschinen mit einem niederendrehzahlbereich gegeben. Das Erzeugungsprogramm der meisten Motorenerzeuger ist auf Maschinen mit einem niederen Drehzahlbereich, beispielsweise 750 Umdr/min das entspricht einem 8-poligen bekannten Schleifringläufermotor, abgestellt, vor allem bei Motoren mit kleiner bzw. mittlerer Leistung.
Dies ist jedoch bedingt durch die maximale im Ständer unterbringbare Nutenzahl, wobei bei bekannten 6-poligen Schleifringläufern eine Mindestnutenzahl von 36, bei 8-poligen 48 Nuten angenommen wird.
EMI2.2
EMI2.3
<tb>
<tb> 10 <SEP> Pole <SEP> 60 <SEP> Nuten <SEP>
<tb> 12 <SEP> Pole......... <SEP> 72 <SEP> Nuten <SEP>
<tb> 14 <SEP> Pole......... <SEP> 84 <SEP> Nuten <SEP>
<tb> 16 <SEP> Pole......... <SEP> 96 <SEP> Nuten
<tb>
erforderlich.
Aus bekannten Gründen wird eine Bruehlochwicklung bzw. Einlochwicklung bei solchen Maschinen vermieden. Daraus ergibt sich, dass bei Maschinen mit höherer Polzahl Sonderblechschnitte erforderlich sind bzw. kleinere Durchmessergruppen überhaupt nicht ausgeführt werden können.
Mit der Induktionsmaschine gemäss der Erfindung kann diese Reihe mit normalen, herkömmlichen Ständerbleohen, wie nachstehend aufgezeigt wird, ausgeführt werden :
EMI2.4
<tb>
<tb> 8-polig. <SEP> 4 <SEP> + <SEP> 4-polig <SEP> : <SEP> 24 <SEP> + <SEP> 24 <SEP> Nuten
<tb> 10-polig. <SEP> 4 <SEP> + <SEP> 6-polig <SEP> : <SEP> 24 <SEP> + <SEP> 36 <SEP> Nuten
<tb> 12-polig. <SEP> 6 <SEP> + <SEP> 6-polig <SEP> : <SEP> 36 <SEP> + <SEP> 36 <SEP> Nuten
<tb> 14-polig. <SEP> 6 <SEP> + <SEP> 8-polig <SEP> : <SEP> 36+48 <SEP> Nuten
<tb> 16-polig. <SEP> 8 <SEP> + <SEP> 8-polig <SEP> :
<SEP> 48 <SEP> + <SEP> 48 <SEP> Nuten
<tb>
Aus Überlegungen bezüglich Wirtschaftlichkeit ergab sich, dass bereits eine 6 + 6-polige erfindungsgemässe Induktionsmaschine in der Herstellung billiger kommt, als ein herkömmlicher 12-poliger Schleifringläufer in Sonderausführung.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zur Erzeugung der veränderlichen Gegenspannung eine Thyristorbrücke einer Stromrichterkaskade angeordnet. Die Stromrichterkaskade bringt den Vorteil mit sich, dass eine verlustarme Rückspeisung bei dem erfindungsgemässen drehzahlgeregelten Antrieb erfolgt.
Ferner ermöglicht auch diese erfindungsgemässe Ausgestaltung noch weitere besondere Anwendungsmöglichkeiten. So kann dieser Antrieb gemäss der Erfindung bei Nebenläufermotoren für Tunnelbelüftung eingesetzt werden.
<Desc/Clms Page number 3>
Die besseren technischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Wirkungsgrad, die Regelgüte, die Verschleissfreiheit und der meist auch geringe Preis bringen hier überdurchschnittliche Vorteile.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch die Induktionsmaschine und Fig. 2 die Induktionsmaschine mit einer Stromrichterkaskade.
EMI3.1
lenenden miteinander und der schleifringlosen, elektrischen Verbindung der beiden Läufer, wobei der Läufer - mit zwei vertauschen Phasen angeschlossen ist, entsteht im Läufer der Induktionsmaschine--M- ein Feld, das jedoch bei kurzgeschlossenem Ständer der Induktionsmaschine-M-im theoretischen Leer-
EMI3.2
imRaum stillsteht. Die darauf resultierende Drehzahl ist auch über dieBeziehung n,, =----er-rechenbar.
Durch die Einschaltung von Widerständen R in den Ständerkreis der Induktionsmaschine-M-kann die
EMI3.3
nkask geregeltIn Fig. 2 sind durch die Wicklungen --St1,St2 bzw. L1, L2 -- die Induktionsmaschine --M1 bz2. M2-- dargestellt, wobei jedoch der Luftspalt zwischen dem Ständer --Sti bzw. St-und dem Läufer --Li bzw. L- entsprechend der Kaskadendrehzahl bemessen ist. Der prinzipielle Aufbau der Induktionsmaschine entspricht dem der an Hand der Fig. 1 aufgezeigt wurde. Nur wird zur verlustarmen Regelung der Drehzahl in den
EMI3.4
Th erzeugt.
Die Drehzahl der Induktionsmaschine wird über den Steuerwinkel der Thyristorstromriohter Th verstellt, wobei bei maximaler Gegenspannung U die niedrigste Drehzahl erreicht wird.
Bei der verlustarmen Drehzahlregelung wird die Schlupfleistung über die Stromrichter wieder ins Netz über den Transformator-Tr-zurückgeliefert. Die untersynchrone Stromrichterkaskade hat durch ihr Nebenschlussverhalten die gleichen regelungstechnisch günstigen Eigenschaften wie ein Gleichstrommotor. Die Stromrichterkaskade ist vor allem dann von Vorteil, wenn der Antrieb ungünstigen atmosphärischen Gegebenheiten ausgesetzt ist.
Ein weiterer Vorteil der Stromrichterkaskade liegt darin, dass jederzeit auf gewöhnlichen Betrieb mit Anlasswiderstand bzw. auf Betrieb mit kurzgeschlossenem Ständer-St--übergegangen werden kann, beispielsweise wenn der Antrieb längere Zeit mit voller Drehzahl fahren soll.