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Einrichtung zum Betriebe von Mehrphasenmotoren von einem Einphasennetz aus mit Hilfe eines Phasenumformers.
Es ist bekannt, vom Einphasennetz Mehrphasenwechselstromverbraucher zu speisen, indem man als Phasenumformer eine Mehrphaseninduktionsmaschine benutzt. deren zwei Klemmen an das Einphasennetz und deren mehrere oder sämtliche Klemmen an den Verbraucher angeschlossen sind. Eine derartige Anordnung ist z. B. in der amerikanischen Patentschrift Nr. 901513 beschrieben.
Diese bekannte Anordnung hat aber den Nachteil, dass verschiedene Phasen unsymmetrisch und ungleich belastet sind. Wenn man auch, wie in der erwähnten Patentschrift beschrieben, die Anordnung so trifft. dass für eine bestimmte Belastung das Nlehrphasensystem symmetrisch wird. so wird doch die Symmetrie bei Änderung der Belastung sogleich gestört.
Gemäss der vorliegenden Erfindung kann man eine gute und von der Belastung praktisch unabhängige Ausgleichung der von dem Phasenwandler gelieferten Mehrphasenspannungen erreichen. Dies wird dadurch erzielt, dass die an das Einphasennetz angeschlossene Phase A des Phasenwandlers mit der entsprechenden Phase A des Mehrphasentromverbrauchers nicht.
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je mit entsprechenden Phasen B des Verbrauchers verbunden sind, je eine passende. zweckmässigerweise dem Netz entnommene Zusatzspannung von geeignetem Phasenwinkel und Grösse einschalten.
Im Nachstehenden ist das Wesen der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert.
Fig. l zeigt das Schaltungsschema der bekannten Anordnung für den Fall. dass von einem Einphasonnctz ein Zweiphasen-bzw. Vierphasenverbraucher betrieben wird. Fig. 2 ist ein erläuterndes Vektordiagramm für diese bekannte Anordnung. Fig. 3 bzw. 4 zeigen das Verbindungsschema bzw. das Vektordiagramm für eine Schattung gemäss der Erfindung, Fig. 5 bzw. 6 stellt
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dar. und Fig. 7 zeigt die Verwendung der Schaltung nach Fig. 5 zum Antrieb von zwei Induktionsmotoren.
Obwohl die nachstehende Erläuterung sich speziell auf zweiphasige bzw. vierphasige Induktionsmotoren bezieht, ist sie doch für beliebige Verbraucher mit willkürlicher Phasenzahl giltig.
In Fig. 1 bedeuten 1 und 2 die Zuleitungen eines Einphasennetzes ; 3 und 4 sind die Statorwicklungen eines nach Art des Induktionamotcrs gebauten Phasenumformers ; 5 und 6 sind zwei Statorwicklungen eines mit zwei unverketteten asen versehenen Induktionsmotors ; die Läufer der beiden Maschinen sind in der Fig. 1 (ebelso wie in Fig. 3 und 5) nicht zur Darstellung gebracht.
Die Wicklung 3 des Umformers. die direkt an das Einphasennetz angeschlossen ist bzw. die nut dieser phasengl-iclie Wicklung 5 des Motors mögen im Nachstehende der bequemeren Unterscheidung halber, wie bereits oben geschehen, als "Umformerphase A" bzw. "Motorphase A" und die Wicklungen 4 bzw. 6 als "Umformerphase B" bzw "MOtorphase B" bezeichnet werden.
Schaltet man gemäss Fig. l, wie bisher üblich war (vgl. die obenerwähnte amerikanische Patentschrift), die Umformerphase A parallel zu der Motorphase A, so kann man, wie gesagt, auf der Mehrphasenseite des Aggregates nicht ein bei veränderlicher Belastung wesentlich symmetrisch
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bleibendes System bekommen, sondern nur ein solches, dessen Asymmetrie sich mit der Belastung ändert und höchstens bei einer einzigen bestimmten Belastung zum Verschwinden gebracht werden könnte,
Das geht aus Fig. 2 hervor, in welcher der Viktor p die Spannung des Einphasennetzes und also zugleich die Klemmen-Spannungen pg bzw. pg der Umformerphase A bzw. der Motor-
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Motors ;
man sieht, dass diese gegenüber den entsprechenden Spannungen ssg, e, nacheilend sind.
Schaltet man nun gemäss der Erfindung die Umformerphase A und die Motorphase A, wie dies Fig. 3 zeigt, in Reihe miteinander, so werden die dem Motor aufgedrückten Spannungen 1'5 und p, derart eingestellt, dass sie der Grösse nach gleich und um etwa 90 gegeninander verschoben sind ; denn der Phasenumformer muss sich dabei gewissermassen wie ein Serientransformator zwischen Phasen A und B verhalten, indem der Strom von einem Windungssystem auf das andere übertragen und dabei gleichzeitig in der Phase um einen erforderlichen Winkel. z. B. bei dem offenen Zweiphasensystem um 900, verschoben wird.
Diese Anordnung stellt somit eine beträchtliche Verbesserung dar, weil der Phasenumformer, als Stromtransformator betrachtet, das Verhältnis zwischen Primär-und Sekundärstrom auch bei Belastungsänderungen annähernd konstant erhält, wohingegen die Sekundärspannung Po bei der in der bekannten Anordnung (Fig. 1) benutzten Parallelschaltung bei wachsender Last schnell abfällt.
Die Serienschaltung der Phasen A ist speziell für die Speisung von Mehrphasen-Induktionsmotoren von grossem Vorteil, da das Anlaufsmoment solcher Motoren sehr wesentlich von der Symmetrie des Mehrphasensystems abhängig ist. Das Anlaufsdrehmoment ist nämlich proportional dem Produkt von Spannungen an der Motorphase A und an der Motorphase B multipliziert mit dem Sinus der Phasenverschiebung zwischen den beiden Spannungen. Es wird daher durch die Serienschaltung der Phasen A des Umformers und des Motors das Anzugsmment des tnduktionsmotors sehr wesentlich erhöht, und es hat sich aus den angestellten Versuchen ergeben. dass bei dieser Schaltung das Anzugsmoment drei Viertel des Anzugsmomentes, welches dem reinen Mehrphasenstrombetrieb entspricht, betragen kann.
Fig. 4 zeigt die Spannungsverteilung bei der Serienschaltung der Phasen A gemäss Fig. 3.
Der Vektor p ist hier die Netzspannung. Da die Motorphase A nicht mehr parallel an das Netz angeschlossen ist. so sind die Klemmenspannung p3 und pg der Umformerphase A und der Motor- phase A nicht mehr an die Netzphase gebunden : sie unterscheiden sich jetzt etwas in der Phase voneinander und von der Netzspannung p, wobei die Spannung p. im günstigen Sinne gegenüber
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vorigen Diagramm. Die Klemmenspannung Po der Motorphase B fällt wiederum-da sie von der Umformerphase B unmittelbar gespeist wird - mit 1'4 zusammen.
Es ist aus dem Diagramm ersichtlich, dass das durch Vektoren p5 und p6 dargestellte Spannungssystem - da p5 infolge der
Reihenschaltung der Phasen A jetzt nicht mehr mit p übereinstimmt, sondern gegenüber dieser letzteren Spannung im günstigen Sinne verdreht wird-eine bessere Symmetrie aufweist, als die der bisher üblichen Anordnung entsprechende Spannungsverteilung nach Fig. 2. T) ie Vektoren i6'i8 stellen wiederum die in den Motorphasen A bzw. B dar, und man sicht, dass diese gegen- über den zugehörigen Spannungen pg bzw. pg nacheilen.
Man kann nun die Spannungen noch weiter ausgleichen und dadurch das Anlaufsmoment des Motors noch weiter erhöhen, indem man dem Stromkreise der Umformerphase B und der
Motorphase B eine Zusatzspannung passender Grösse und Richtung, zweckmässigerweise vom
Netz aus, zuführt.
Fig. 5 zeigt eine entsprechende Schaltung. Hier sind die Wicklungen 3 und 5 (Umformer- phase A und Motorphase A) wieder in Reihe geschaltet. Die andere StänderphaM des Phasen- . umformers ist in Reihe mit der entsprechenden Ständerphase 6 des Motors verbunden, wobei in diesen Stromkreis noch eine zusätzliche, einem zwischen der Zuleitung 2 und einem Zwischen- punkt 8 eines Transformators 7 liegenden Teil desselben entnommene Spannung eingeschaltet ist.
Der Grund, warum ohne Benutzung dieser Zusatzspannung noch nicht die beste Aus- gleichung der Spannungen, also auch nicht das möglich grösste Anzugsmoment des Motors erzielt wird, liegt darin, dass jeder nacheilende Strom, welcher der entsprechenden nicht an das Netz angelegten Motorphase (also der Motorphase B bei der offenen zweiphasigen Anordnung) geliefert wird, zunächst zweimal vom Phasenumformer transformiert werden muss, indem er zuerst von dem Stator des Umformers (Phase A) auf dessen Rotor und dann wiederum von dem Rotor auf den Stator (Phase B) übertragen wird ; dadurch wird ein beträchtlicher Abfall bedingt.
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Durch Einschaltung einer vom Netz herrührenden Zusatzspannung in den Stromkreis der Umformer-bzw. Motorphase B wird künstlich eine Phasenverschiebung erzeugt ; hiebei kann der Phasenumformer einen phasenvoreilenden Strom anstatt eines nacheilenden hergeben, während der Motor nach wie vor nacheilenden Strom empfängt. Es ist zu beachten, dass der Strom, welcher in beiden Maschinen fliesst, derselbe ist, jedoch mit der Wirkung einer Phasenvoreilung gegenüber der Spannung der Umformerphase B und einer Phasennacheilung gegenüber der Spannung der Motorphase B, da ja diese beiden Spannungen gegeneinander durch Einführung der zusätzlichen Spannung künstlich verschoben sind.
Hieraus folgt, dass der vom Phasenumformer abgegebene Strom nicht entmagnetisierend wirkt, sondern die Spannung erhöht, so dass die Spannung und Strom der sekundären Phase durch Wahl einer passenden Zusatzspannung einwandfrei auf die vollkommene Symmetrie der sämtlichen Phasen eingestellt werden kann.
Das haben auch die angestellten Versuche gezeigt, bei welchen die Zusatzspannung, welche die beste Symmetrie der Anordnung gestattete, etwa 70% der Netzspannung betrug. Natürlich muss die Zusatzspannung in jedem einzelnen Fall je nach den Charakteristiken der benutzten Maschinen und je nach den betreffenden Arbeitsbedingungen gewählt werden, so dass die Grösse der Zu. tzspannung von Fall zu Fall variiert.
Fig. 6 zeigt das Vektordiagramm für diese Anordnung. Die einzelnen Vektoren haben hier dieselbe Bedeutung wie bei den vorigen Diagrammen. Die drei Spannungen p. P3 und pu sino wiederum gegeneinander etwas phasen verschoben. Die in den Stromkreis des Systemes B eingeschaltete Zusatzspannung ist durch den Teil der Strecke p zwischen den Punkten 23 und 24 gegeben. Der Vektor Po der Klemmenspannung der Motorphase B fällt jetzt nicht mehr mit der Klemmenspannung p zusammen, sondern ist gleich der geometrischen Summe der Spannung p4 mit der genannten Zusatzspannung.
Man kann nun diese Spannung so wählen, dass die Spannung PI fast vollkommen gleich der Spannung pound gegen diese um my verschoben ist ; das System ist dann ein symmetrisches.
Ferner ist es aus dem Diagramm ersichtlich, dass der Strom tg der Phase A gegenüber der Spannung pg nacheilt, während der St, rom i6 des Systemes B einerseits der Spannung PI der Motorphase B nacheilt und andererseits der Spannung p4 der Umformerphase B voreilt.
Fig. 7 zeigt die Verwendung der oben erläuterten Schaltung zur Speisung von zwei für unverketteten Zweiphasenstrom bewickelten Induktionsmotoren vom Einpha8Cnnetz aus. 28 ist die Energiequelle und 29 bzw. 30 sind die Netzleitungen ; 31 ist der nach Art eines Induktionmotors gebaute Phasenumformer, dessen Läufer 32 kurzgeschlossen und dessen eine Ständerwicklung 33-., die Umformerphase A"-an die Zuleitungen 29 und 34 angeschlossen ist.
35 sind die Induktionsmotoren, deren Anzahl natürlich beliebig sein kann. Bei jedem Motor ist seine Ständerwicklung 36 ("Motorphase A") mit einem Ende an die Leitung 34 und mit dem anderen Ende an die Leitung 37 angeschlossen, welche ihrerseits mit der Netzleitung 30 in Verbindung steht. Somit ist die Umformerphase A in Reihe mit den verschiedenen miteinander mittels Leitungen 34 und 37 parallel verbundenen Motorphasen A an das Netz angelegt.
Die andere Ständerwicklung, 39, des Umformers ("die Umformerphase B") ist mit einem Ende an die Leitung 29 und mit dem anderen Ende an die Leitung 40 angeschlossen ; an die letztere Leitung ist auch das eine Ende der zweiten Ständerwicklung 41 der Motoren, die Motorphase B, angeschlossen, deren anderes Ende mittels der Leitung 42 mit einem geeigneten Punkt des an das Netz 29, 30 angelegten Einspulentransformators 43 verbunden ist.
Der Phasenumformer wird in der üblichen Weise angelassen, z. B. indem er als ein leerlaufender Einphaseninduktionamotor mit künstlicher Hilfsphase anläuft. Nachdem er auf die Touren gekommen ist, wird er dann auf die oben beschriebene Schaltung umgeschaltet und speist die Motoren mit Mehrphasenstrom.
Will man die beiden Arbeitsmotoren 35 abstellen, so öffnet man die Schalter 38 und schliesst den Schalter 44, so dass die Wicklung 33 des Umformers direkt am Netz liegt. Der Umformer läuft dann leer. Die Schalter 38 und 44 können auch, wenn nötig, gegeneinander verriegelt sein.
PATENT-ANSPRÜCHE.
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Hilfe eines Phasenuinformers, wobei die nicht am Netz liegenden Phasen vom Umformer und von den Motoren in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass auch die vom Netz gespeiste Phasenwicklung des Umformers (Umformerphase A) mit den entsprechenden Phasenwicklungen (A) des oder der Motoren in Reihe geschaltet ist.