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Kaskade, bestehend aus Induktionsvordermotor und liommutatorhintermaschme.
Soll durch die Kaskadenschaltung eines Induktionsvordermotors mit einer beispielsweise in bezug auf Ankerreaktanz kompensieren Kommutatorhintermaschine gleichzeitig mit der Regelung der Tourenzahl der Leistungsfaktor des Induktionsmotors verbessert, also dessen Magnetisierungsstrom teilweise oder ganz auf den Rotorkreis übernommen werden, so muss, insofern im letzteren keine andern elektromotorischen Kräfte auftreten, die Rotationsspannung der Kommutatormaschine gegenüber der Sehlupf- spannung des Induktionsmotors um einen stumpfen Winkel voreilen.
Die Rotationsspannung der Kommutatormaschine wird durch Rotation ihres Rotors in ihrem Erregerfeld induziert. Das Erregerfeld und die an den Klemmen der Erregerwicklung anzusetzende Spannung können je in zwei Komponenten zerlegt werden, deren eine derjenigen Komponente der Rotationsspannung der Kommutatormaschine entspricht, die für die Tourenzahl der Kaskade bestimmend und in Gegenphase mit der entsprechenden Schlupfspannung des Induktionsmotors ist, während die andere Komponente um 900 gegen die Schlupfspannung voreilt.
Ist nun die Streureaktanz des Sekundärkreises der Kaskade vernachlässigbar, so bedingt die zweite Komponente ausschliesslich den Grad der beim Induktionsmotor erreichten Phasenkompensation ; wird ausserdem die Kommutatormaschine mit konstanter Tourenzahl angetrieben und soll der auf den Sekundärkreis übernommene Magnetisierungsstrom des Induktionsmotors über den ganzen Regelbereich gleiche Grösse haben, so muss auch die genannte zweite Komponente des Erregerfeldes konstant sein. Bei vernachlässigbarem Widerstand der Erregerwicklung ist die entsprechende Komponente der Erregerspannung der Schlupffrequenz, also auch der Schleifringspannung des Induktiosmotors, proportional.
Wird die Erregerwicklung der Kommutatormaschine in bekannter Weise (s. D. R. P. 241188) von den Schleifringen und dem dazu in Reihe geschalteten Rotor einer besonderen Erregermaschine gespeist (Nebenschlusskaskade), so war bisher keine Schaltung bekannt, die ohne komplizierte Umschaltungen bei Durchgang durch Synchronismus sowohl in unter-als auch in übersynchronem Gebiet die genannten beiden Komponenten der Erregerspannung lieferte. Es konnte wohl entweder nur im untersynchronen oder nur im übersynchronen Gebiet durch Phasenkombination (s. D. R. P. 193875) der Erregrwicklung der Kommutatormaschine erreicht werden, dass das Feld und die Rotationsspannung der Kommutatormaschine sowohl eine auf Regelung der Drehzahl als auch eine auf Phasenkompensation des Induktionsmotors wirkende Komponente enthielt.
Nach Durchgang durch Synchronismus bekam aber, wenn dabei die Phasenfolge im Rotorkreis wechselt, die die Pahsenkompensation beeinflussende Komponente falsche Richtung, sie bewirkte eine Phasenverschlechterung des Hauptmotors, solange die Art der Phasenkombination nicht geändert wurde.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wirkt gemäss vorliegender Erfindung auf den Erregerkreis der Kommutatormaschine die Se & undärwicklung eines primär an die Schleifringe des Induktionsmotors angeschlossenen Transformators, so dass die Transformatorspannung den durch die Phasenkompensation bedingten Teil der induktiven Komponente der Erregerspannung mindestens teilweise deckt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 1. i ist der Induktionsmotor, dessen Stator an das Netz n angeschlossen ist. An seinen Schleifringen s ist die Kommutatormaschine k mit der Kompensationswicklung c und dem Anker a angeschlossen. 1, 2, 3 bezeichnet die Phasenfolge bei untersyn-
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Erregerwicklung der Kommutatormaschine. Sie besteht aus sechs gleichen, mit gleicher Windungszahl N und in gleichem Sinne gewickelten Spulen ; jeder Bürstenachse entsprechen zwei Spulen, die jedoch in umgekehrtem Sinne an zwei Schleifringe s angeschlossen sind. Die Erregerwicklung ist unter Zwischenschaltung des Sekundärteiles (1, 2, 3) eines Transformators t'an die Schleifringe s angeschlossen, an denen auch die Primärwicklung dieses Transformators liegt.
Der Transformator t'ist primär in Dreieck. sekundär offen geschaltet. Andererseits ist die Erregerwicklung e an den Rotorkreis der Erregermaschine g angeschlossen, der ausser der Ankerwicklung a'noch die Kompensationswicklung c'enthält. Die Erreger-
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vom Netz n gespeist wird. Der Frequenzumformer f dient in bekannter Weise zum Durchschreiten des Synchronismus. Der Induktionsmotor i sei nur mit dem Frequenzumformer f mechanisch gekuppelt.
Die Maschinen 7c und g seien unabhängig davon mit konstanter Tourenzahl angetrieben.
Der Zusammenhang zwischen den einzelnen Spannungen und Strömen, soweit sie den Erfindungsgedanken betreffen, ist in dem Diagramm Fig. 2 niedergelegt, das für einen Leerlauf der Kaskade gilt. Die eingetragene Drehrichtung der Zeitlinie entspricht der Phasenfolge für untersynchronen Lauf. Es ist OA die Schleifringspannung E"i der Phase 1 des Induktionsmotors i, DA der Ohmsche Spannungsabfall Ìt r im Rotorkreis der Kommutatormaschine Je. Ist nun der induktive Abfall dieses Kreises vernachlässigbar, so muss DO die durch Rotation erzeugte elektromotorische Kraft Elc, der Machine k sein.
Dabei ist sowohl für die Rotorströme 1 als für die Erregerströme J und für die Spannungen die Richtung von Induktionsmotor t zum Anker oder zur Erregung der Kommutatormaschine k als positiv angenommen. Das Erregerfeld der Kommutatormaschine k ist nach den drei Bürstenachsen zerlegt ; der Drehsinn und der Wicklungssinn des Ankers seien derart, dass jedes der so erhaltenen Wechselfelder #1,#2,#3 die Phase der entsprechenden Rotationsspannung bekomme, wenn man es nach dem in Fig. 1 eingetragenen radialen
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scheint in Fig. 2 die Strecke < ! \ als geometrische Summe der Strecken J2 und -J3.
Von den beiden durch den Strom J1 durchflossenen Spulen sind die N-Windungen der ersten Spule mit dem Kraftfluss e, und die der zweiten mit dem Kraftfluss-#2 verkettet; die Summe der ProdukteN #3 und - N #2 hat daher die Phase von J1 ; von m nach n muss also zur Erzeugung des Stromes J ein Potentialgefälle herrschen, welches bei vernachlässigbarem Ohmsehen Widerstand dem Strom J1 um 900 voreilt nnd durch oe gegeben ist.
Es bedeutet ferner wieder für Phase AB die durch Rotation erzeugte elektromotorische Kraft Eg, der Maschine g (die aber auch um 180 gegen die gezeichnete Lage verschoben sein kann) und BC die sekundäre elektromotorische Kraft EI. des Transformators t ; die Summe der Spannungen OA, AB und BC ist gleich der zur Erregung des Erregerfeldes notwendigen Spannung 00. Schleifringspannung und Spannung der Erregermaschine decken die auf Regelung der Drehzahl wirkende Komponente der Erregerspannung OB, und die Sekundärspannung des Transformators die auf Phasenkompensation wirkende Komponente BC.
Das Ohmsche Gefälle von tu nach M ist im Diagramm vernachlässigt ; es kann aber auch neben der induktiven Spannung durch die Spannungen OA + A B + B C gedeckt werden, in welchem Fall der Winkel von 00 mit J1 ein spitzer wird.
Das Nacheilen um 90 der Spannung EI. gegenüber der Spannung. E\ ist nach Fig. 1 dadurch erreicht, dass erstere in Phase mit derjenigen primären elektromotorischen Kraft des Transformators t'ist, welche von q nach p wirkt, also mit dem Potentialgefälle von p nach q, d. h. mit E",-E",.
Bei übersynchronem Lauf des Induktionsmotors ist die Drehrichtung der Zeitlinie entgegengesetzt wie in Fig. 2 angegeben, in der ein Diagramm für übersynehronen Lauf bei gleicher Schlupffrequenz gestrichelt eingetragen ist. OA ist wieder die Schleifringspannung des Induktionsmotors i, D'A ist der Ohmsche Spannungsabfall im Rotorkreis der Kaskade bei einem Leerlauf, D'0 ist die durch Rotation zu erzeugende elektromotorische Kraft der Maschine k. zist das Erregerfeld und J'i der Erregerstrom der Phase 1, die induktive Erregerspannung eilt dem Strom wieder um 90 vor und ist gegeben durch OC1.
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der Erregermaschine auf den richtigen Betrag zu bringen.
Dieselbe Erregerspannung an der Wicklung e und daher denselben Effekt kann man aber auch ohne Änderung an 7t'und/erreichen, nämlich wenn man in jeder Phase Anfang des sekundären Teils des Transformators t'und Ende der Erregerwicklung e vertauscht ; in der Phase 1 wären somit Punkte 1 und n zu vertauschen, d. h#nach Unterbrechung der Leitung
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an nu. In der Tat ist dann jede Spannung noch gleich-AB + BO - OA = OB'+ B'0'.
Durch Ändern der Übersetzung des Transformators t'kann der Grad der Phasenkompensation geändert werden.
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Statt die Sekundärspannung des Transformators t'unmittelbar auf den Erregerkreis der Kommu- tatormaschine wirken zu lassen, ist es auch möglich, diesen Transformator auf einen besonderen Erregerkreis einer Erregermaschine zu schalten. Um den mit der Schlupffrequenz wechselnden Einfluss der Reaktanz dieses Erregerkreises zu unterdrücken, ist ein grosser, konstanter Widerstand vorzuschalten ; da diese Bedingung für den vom Frequenzumformer f gespeisten Erregerkreis der Erregermaschine g erfüllt ist, kann die Sekundärwicklung des Transformators t'auch in diesen Kreis eingeschaltet werden.
Wird bei dieser Schaltung bei Durchgang durch Synchronismus Anfang und Ende der Erregerwicklung der Kommutatormaschine vertauscht, so muss auch die Richtung der Sekundärspannung des Transformators t'umgekehrt werden.
Eine Vereinfachung ergibt sich, wenn man die einzelnen Erregerströme J1, J2, J3 von einem Schleifring s anderer Phase abzweigt. Die Phasenkombination in der Erregerwicklung der Kommutatormaschine, die Fig. 1 zeigt, würde dann wegfallen ; ferner würde dabei noch die Dreieckschaltung im Primärteil des Transformators t'durch eine Sternschaltung ersetzt werden, wobei auf jede Phase des Sekundärteils die gleiche Phase des Primärteils wirkt. Das Diagramm eines solchen Ausführungsbeispiels zeigt Fig. 3.
OA, OAs und OA3 sind die dreiphasen der Schleifringspannung des Induktionsmotors i. D1A1 ist der Ohmsche Spannungsabfall der Phase 1 im Rotorkreis der Kommutatormaschine, bei einem untersynchronen
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voreile. Bu, zist die sekundäre elektromotorische Kraft des Transformators l ;
sie sei in Phase mit (Mj. (M : liefert bereits eine auf Phasenkompensation wirkende Komponente OF1, die im allgemeinen viel zu gross ist und durch die Transformatorspannung B1C1 auf den verlangten Wert OG1 ergänzt wird.
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der Anschluss der Erregerströme von Schleifringen anderer Phase abgezweigt worden, anderseits (damit trotz der Umkehrung des Drehsinnes des Feldes der Maschine g die Spannung Ase'l gegenüber (Mi voreile) der Anschluss der Wicklung 71,'an die Schleifringe s umgekehrt werden.
Die Erfindung bleibt auch anwendbar, wenn die Kommutatormaschine ausser der Nebenschlusserregung eine Hauptschlusserregung besitzt oder wenn die Nebenschlusserregung transformatorisch vom Rotorstrom der Kaskade beeinflusst wird. Wenn durch den Rotorstrom im Erregerkreis Spannungen induziert werden, die auf Phasenkompensation wirken, so kann der neu vorgeschlagene Transformator dazu dienen, diese Spannungen auf den verlangten Betrag zu ergänzen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Nebenschluss-oder Kompoundkaskade, bestehend aus Induktionsvordermotor (i) und Kommu tatorhintermaschine (k), die gleichzeitig zur Regelung der Drehzahl und zur Phasenkompensation deInduktionsmotors dient, wobei die induktive Komponente der Erregerspannung der Nebenschluss- wicklung der Kommutatormaschine in Reihe von den Schleifringen des Induktionsmotors (i) und von einer Erregermaschine (g) aus gedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Erregerkreis (e) der Kommutatormaschine (k) die Sekundärwicklung eines primär an die Schleifringe des Induktionsmotors angeschlossenen Transformators (t') so einwirkt, dass die Transformatorspannung den durch die Phasenkompensation bedingten Teil der induktiven Komponente der Erregerspannung mindestens teilweise deckt.
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Cascade, consisting of an induction front motor and a liommutator rear machine.
If the power factor of the induction motor is to be improved by cascading an induction front motor with a commutator rear machine that compensates for armature reactance, for example, at the same time as regulating the number of revolutions, i.e. its magnetizing current is partially or completely transferred to the rotor circuit, then, provided no other electromotive forces occur in the latter , lead the rotational voltage of the commutator machine by an obtuse angle compared to the slip voltage of the induction motor.
The rotational voltage of the commutator machine is induced by the rotation of its rotor in its excitation field. The excitation field and the voltage to be applied to the terminals of the excitation winding can each be broken down into two components, one of which corresponds to that component of the rotational voltage of the commutator machine that determines the number of revolutions of the cascade and is in phase opposition with the corresponding slip voltage of the induction motor, while the other Component leads the slip voltage by 900.
If the leakage reactance of the secondary circuit of the cascade is negligible, then the second component exclusively determines the degree of phase compensation achieved in the induction motor; If the commutator machine is also driven with a constant number of revolutions and if the magnetization current of the induction motor transferred to the secondary circuit is to be of the same magnitude over the entire control range, then the mentioned second component of the excitation field must also be constant. If the resistance of the field winding is negligible, the corresponding component of the field voltage is proportional to the slip frequency, i.e. also the slip ring voltage of the induction motor.
If the excitation winding of the commutator machine is fed in a known way (see DRP 241188) from the slip rings and the rotor of a special exciter machine connected in series (shunt cascade), no circuit was previously known that without complicated switchovers when going through synchronism in both -as also delivered the two components of the excitation voltage mentioned in the oversynchronous area. It could probably be achieved either only in the subsynchronous or only in the oversynchronous area by phase combination (see DRP 193875) of the excitation winding of the commutator machine that the field and the rotational voltage of the commutator machine are both a component acting on the regulation of the speed and a component acting on the phase compensation of the induction motor contained.
After going through synchronism, however, if the phase sequence in the rotor circuit changes, the component influencing the phase compensation got the wrong direction, causing the main motor to deteriorate in phase as long as the type of phase combination was not changed.
To avoid this difficulty, according to the present invention, the secondary winding of a transformer primarily connected to the slip rings of the induction motor acts on the excitation circuit of the commutator machine, so that the transformer voltage at least partially covers the part of the inductive component of the excitation voltage caused by the phase compensation.
An embodiment of the invention is shown in FIG. 1. i is the induction motor, the stator of which is connected to the network n. The commutator machine k with the compensation winding c and the armature a is connected to its slip rings s. 1, 2, 3 denotes the phase sequence with undersyn-
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Excitation winding of the commutator machine. It consists of six identical coils with the same number of turns N and wound in the same direction; Each brush axis corresponds to two coils, which, however, are connected to two slip rings in the opposite direction. The excitation winding is connected with the interposition of the secondary part (1, 2, 3) of a transformer t'an the slip rings s on which the primary winding of this transformer is also connected.
The transformer t 'is primarily in triangle. secondary switched open. On the other hand, the excitation winding e is connected to the rotor circuit of the excitation machine g which, in addition to the armature winding a ', also contains the compensation winding c'. The pathogen
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is fed from the network n. The frequency converter f is used in a known manner to pass through the synchronism. The induction motor i is only mechanically coupled to the frequency converter f.
The machines 7c and g are driven independently of this with a constant number of revolutions.
The relationship between the individual voltages and currents, insofar as they relate to the concept of the invention, is set out in the diagram in FIG. 2, which applies to an idling of the cascade. The entered direction of rotation of the timeline corresponds to the phase sequence for subsynchronous run. OA is the slip ring voltage E "i of phase 1 of the induction motor i, DA is the ohmic voltage drop Ìt r in the rotor circuit of the commutator machine Je. If the inductive drop in this circuit is negligible, then DO must be the electromotive force Elc, of the machine k his.
The direction from the induction motor t to the armature or to the excitation of the commutator machine k is assumed to be positive for the rotor currents 1 as well as for the excitation currents J and for the voltages. The excitation field of the commutator machine k is broken down according to the three brush axes; the direction of rotation and the direction of winding of the armature are such that each of the alternating fields # 1, # 2, # 3 obtained in this way receives the phase of the corresponding rotational voltage if it is carried out according to the radial shown in FIG
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appears in Fig. 2 the line <! \ as the geometric sum of the lines J2 and -J3.
Of the two coils through which the current J1 flows, the N windings of the first coil are linked to the power flow e, and that of the second to the power flow # 2; the sum of the products N # 3 and - N # 2 therefore has the phase of J1; From m to n there must therefore be a potential gradient in order to generate the current J, which, given a negligible ohmic resistance, leads the current J1 by 900 and is given by oe.
It also means for phase AB the electromotive force Eg generated by rotation, of the machine g (which can also be shifted 180 from the position shown) and BC the secondary electromotive force EI. of the transformer t; the sum of the voltages OA, AB and BC is equal to the voltage 00 required to excite the exciter field.Grip ring voltage and voltage of the exciter cover the component of the excitation voltage OB that controls the speed, and the secondary voltage of the transformer the component BC that acts on phase compensation.
The ohmic gradient from tu to M is neglected in the diagram; however, in addition to the inductive voltage, it can also be covered by the voltages OA + A B + B C, in which case the angle of 00 with J1 becomes more acute.
Trailing by 90 of the voltage EI. versus the tension. E \ is achieved according to FIG. 1 in that the former is in phase with that primary electromotive force of the transformer t 'which acts from q to p, i.e. with the potential gradient from p to q, i.e. H. with E ", - E" ,.
In the case of oversynchronous running of the induction motor, the direction of rotation of the time line is opposite to that indicated in FIG. 2, in which a diagram for oversynchronous running at the same slip frequency is shown in dashed lines. OA is again the slip ring voltage of the induction motor i, D'A is the ohmic voltage drop in the rotor circuit of the cascade when idling, D'0 is the electromotive force of the machine k to be generated by rotation. z is the excitation field and J'i is the excitation current of phase 1, the inductive excitation voltage leads the current again by 90 and is given by OC1.
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of the exciter to the correct amount.
The same excitation voltage on winding e and therefore the same effect can also be achieved without changing 7t 'and /, namely if the beginning of the secondary part of the transformer t' and the end of the excitation winding e are interchanged in each phase; in phase 1, points 1 and n would have to be swapped, i.e. h # after an interruption in the line
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at nu. In fact, every voltage is then still equal to -AB + BO - OA = OB '+ B'0'.
The degree of phase compensation can be changed by changing the translation of the transformer t '.
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Instead of allowing the secondary voltage of the transformer to act directly on the excitation circuit of the commutator machine, it is also possible to switch this transformer to a special excitation circuit of an excitation machine. In order to suppress the influence of the reactance of this excitation circuit, which changes with the slip frequency, a large, constant resistor must be connected upstream; since this condition is met for the excitation circuit of the excitation machine g fed by the frequency converter f, the secondary winding of the transformer t 'can also be switched into this circuit.
If in this circuit the beginning and end of the excitation winding of the commutator machine are interchanged in the passage through synchronism, then the direction of the secondary voltage of the transformer t 'must also be reversed.
A simplification arises if the individual excitation currents J1, J2, J3 are branched off from a slip ring s of a different phase. The phase combination in the excitation winding of the commutator machine shown in FIG. 1 would then be omitted; Furthermore, the delta connection in the primary part of the transformer t ′ would be replaced by a star connection, the same phase of the primary part acting on each phase of the secondary part. The diagram of such an embodiment is shown in FIG. 3.
OA, OAs and OA3 are the three phase slip ring voltage of induction motor i. D1A1 is the ohmic voltage drop of phase 1 in the rotor circuit of the commutator machine, with a subsynchronous
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advance. Bu, z is the secondary electromotive force of the transformer l;
Let it be in phase with (Mj. (M: already supplies a component OF1 which acts on phase compensation, which is generally much too large and is supplemented by the transformer voltage B1C1 to the required value OG1.
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the connection of the excitation currents has been branched off from slip rings of another phase, on the other hand (so that, despite the reversal of the direction of rotation of the field of the machine g, the voltage Ase'l opposite (Mi advance) the connection of the winding 71, 'to the slip rings s are reversed.
The invention can also be used if the commutator machine has a main circuit excitation in addition to the shunt excitation or if the shunt excitation is influenced by the transformer from the rotor current of the cascade. If the rotor current induces voltages in the excitation circuit that act on phase compensation, the newly proposed transformer can be used to supplement these voltages to the required amount.
PATENT CLAIMS:
1. Shunt or compound cascade, consisting of induction front motor (i) and commutator rear machine (k), which is used to control the speed and phase compensation of the induction motor at the same time, with the inductive component of the excitation voltage of the shunt winding of the commutator machine in series from the slip rings of the Induction motor (i) and is covered by an excitation machine (g), characterized in that the secondary winding of a transformer (t ') connected primarily to the slip rings of the induction motor acts on the excitation circuit (e) of the commutator machine (k) in such a way that the Transformer voltage at least partially covers the part of the inductive component of the excitation voltage caused by the phase compensation.