An die Schleifringe einer Induktionsmaschine angeschlossene Kommutator- Hintermaschine. Es ist eine Kommutatorhintermaschine bekannt geworden, die zur Regelung des Schlupfes oder der Phasenkompensation an die Schleifringe einer Induktionsmaschine (Hauptmotor) angeschlossen wird und deren Rotationsspannung sich aus zwei Komponen ten zusammensetzt. Die eine ist der Belastung proportional und der Schlupfspannung des Hauptmotors wenigstens angenähert ent gegengerichtet; die andere, gegen die Schlupf spannung 90 voreilend, ist wenigstens ange nähert konstant.
Die der erstgenannten Span nungskomponente entsprechende Komponente des Erregerfeldes wird entweder nur durch eine an die Schleifringe des Hauptmotors an geschlossene Erregerwicklung (Haupterreger wicklung) induziert, deren ohmscher Wider stand ein Mehrfaches des der Schlupffrequenz proportionalen induktiven Widerstandes be trägt, oder sie wird durch diese Haupterreger wicklung und durch eine vom Ankerstrom der Kommutatormaschine durchflossene Kom- poundwicklung gemeinsam erregt. Die zweite Komponente des Erregerkreises wird durch die Phasenkompensationserregerwicklung in duziert, die entweder ebenfalls an die Schleif ringspannung oder an eine konstante Span nung der Schlupffrequenz angeschlossen wird.
Bei Anschluss an die Schleifringe muss ihr Widerstand der Schlupffrequenz propor tional, im zweiten Falle dagegen konstant sein, damit ihr Strom von der Schlupffre quenz unabhängig und konstant ist. Die Phasenkompensationserregerwicklung muss von den andern Erregerstromkreisen unab hängig sein, das heisst ihr Strom darf bei Änderung des Stromes einer der andern Er regerwicklungen durch gegenseitige Induk tion nicht oder nicht wesentlich geändert wer den und umgekehrt. Ausserdem trägt der Stator eine Kompensationswicklung für die Aufhebung des Ankerfeldes.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Kommutatorhintermaschine dieser Art, die aber ohne Haupterregerstromkreis ausge führt ist, bei der also die Drehzahlregelung nur durch eine vom Ankerstrom der Kommu- tatormaschine durchflossene' Kompounder- regerwicklung bewirkt wird, während zur Phasenkompensation der Induktionsmaschine, wie bisher, eine Phasenkompensationserreger- wicklung dient. Hierbei kann Phasenkompen sation der Induktionsmaschine bei Belastung wie bei Leerlauf erreicht werden. Diese Anord nung bietet neben der einfacheren Schaltung den Vorteil geringerer Erregerverluste.
Die Ströme der beiden Erregerwicklungen müs sen wieder voneinander unabhängig sein, das heisst der Strom einer Wicklung darf bei einer Änderung des Stromes in der andern Wicklung durch gegenseitige Induktion nicht oder nicht wesentlich geändert werden. Der Strom der Phasenkompensationserregerwick- lung soll von der Schlüpfung wenigstens an genähert unabhängig sein, was in an sich bekannter Weise erreicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. a ist der Haupt motor, b die an seine Schleifringe c ange schlossene Kommutatormaschine, d die vom Ankerstrom der Kommutatormaschine durch flossene Kompoundwicklung, e eine syn chrone oder asynchrone Maschine, welche an das gleiche Netz f wie der Hauptmotor ange schlossen ist und die Geschwindigkeit der Kommutatormaschine b konstant oder ange nähert konstant hält. g ist die Phasenkompen- sationserregerwicklung, die über die vorge schaltete Drosselspule h an die Schleifringe c des Hauptmotors angeschlossen ist. Durch diese Drosselspule wird die Unabhängigkeit des Stromes in der Kompensationserreger wicklung g vom Strom der Kompoundwick- lung d erreicht.
Die Kommutatormaschine kann such statt mit einer Hilfsmaschine mit dem Hauptmotor gekuppelt sein, und schliess lich kann der Kompensationserregerkreis statt an die Schleifringspannung, an eine konstante Spannung der Schlupffrequenz angeschlos sen sein, wobei dann sein Widerstand von der Schlüpfung unabhängig sein soll. Die Kom pensationswicklung für die Aufhebung des Ankerfeldes ist der Einfachheit halber nicht angedeutet.
Das Verhalten einer solchen, an die Schleifringe einer Asynchronmaschine ange- schlossenen Kommutatormaschine ist unter Vernachlässigung des Statorwiderstandes, der Eisenverluste und der Stator- und Rotorreak tanzen aus dem Diagramm der Fig. 2 ersicht lich. In diesem Diagramm bedeutet: o a den Vektor der Statorspannung der Induktionsmaschine a, o b den Vektor der im Rotor der Induk tionsmaschine vom Stator her induzierten Spannung, o g den Vektor des Statorstromes J1 der Induktionsmaschine a, o c den Vektor des Rotorstromes J2 der Induktionsmaschine, o f den Vektor des Magnetisierungsstromes J0 der Induktionsmaschine, o d den Vektor des totalen Spannungsab falles J2 r2 im ganzen Rotorstromkreis der Induktionsmaschine,
b d den Vektor der im Rotor der Kollek tormaschine b induzierten Gesamtspannung b e den Vektor der im Rotor der Kollek tormaschine b von demn Feld der Erregerwick lung d induzierten Spannung Ek.
e d den Vektor der im Rotor der Kollek tormaschine von dem Feld der Erregerwick lung g induzierten Spannung ED.
Die auf den Vektor o b projizierte Kom ponente b h der demn Rotorstrom proportiona len induzierten Spannung EK = b e bedingt einen zusätzlichen Schlupf der Induktions maschine a, während die dazu senkrechte Komponente h e Einfluss auf die Phasenver schiebung des Motorstromes hat. Diese Span nungskomponente h e wird aber bei jedem Schlupf und selbst bei Leerlauf der Ma schine a von der konstanten und annähernd gleich grossen Spannung e d aufgehoben, so dass also die Phaenkompensation im ganzen Tourenbereich der Induktionsmaschine er reicht wird; denn da die Komponente h e.
die vom wattlosen Strom im Rotor beding t ist, unabhängig von der Grösse der Wattkom ponente b h und stets entgegengesetzt und an nähernd gleich dem konstanten Spannungs wert ED <I>(= e d)</I> ist, ist auch die wattlose Stromkomponente des Rotorstromes konstant. Ist die Erregung der Kollektormaschine b einmal auf Phasenkompensation eingestellt, dann bleibt diese hiernach also bei Leerlauf und Belastung erhalten. Dies gilt aber nur, wenn der Spannungsvektor b e stets parallel zum Stromvektor o c bleibt, wenn also die Kompoundwicklung d wirklich vom Rotor strom J2 selbst oder von einem diesem propor tionalen und phasengleichen Strom durchflos sen wird.
Im Diagramm der Fig. 2 war angenom men, dass die Spannung EK vom Rotorstrom der zugehörigen Phase allein erzeugt wird. Zur Erfüllung dieses Diagrammes ist eine Wicklungsanordnung nach Fig. 3 notwendig. S, R und K bedeuten darin Stator, Rotor und Kollektor der Kommutatormaschine. WK ist die Kompoundwicklung, We die Phasenkom- pensationserregerwicklung. Die Kompensa tionswicklung, die zur Aufhebung des Anker feldes der Kommutatormaschine dient, ist in Fig. 3 und 5 der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeichnet. Die Spannung EK der Fig. 2 wird nur durch den in der Wicklung WK flie ssenden Rotorstrom der zugehörigen Phase er zeugt. Es kann nun der Fall eintreten, z.
B. bei einem Motor mit sehr grossem Magnetisierungs strom, dass die Komponente e d für einen ver langten Schlupf sehr gross wird (s. Fig. 4), wo durch sich eine grosse Leistung der Drossel ergibt. Um eine Verkleinerung der vom Dros selerregerkreis induzierten Spannung und da mit der Drosselleistung selbst zu erreichen, muss die von der Kompoundwicklung indu zierte Spannung im Sinne der Nacheilung verdreht werden. Dies ist dadurch möglich, dass man einen bestimmten Pol nicht nur, wie in Fig. 2 bezw. 3, durch den Rotorstrom der zugehörigen Phase, sondern ausserdem noch durch den Rotorstrom einer benachbarten Phase erregt. Man arbeitet mit überlappter Erregung. Wie die Phasen überlappt werden, hängt von den jeweiligen Bedingungen ab.
In Fig. 4 zum Beispiel ist angenommen, dass die Kompoundwicklungen eines Pols vom zu- gehörigen und dem um 120 voreilenden Ro torstrom durchflossen werden, wobei die Wicklung, welche durch den um 120 vor eilenden Rotorstrom erregt wird, im umge kehrten Wickelsinn ausgeführt ist. Die ge samte, von den Kompoundwicklungen indu zierte Spannung ist EK = b k, die sich aus den Komponenten EK'= b i und EK'' = i k zusammensetzt. Die von der Kompensations erregerwicklung induzierte Spannung ist ED = k d. Alle übrigen Bezeichnungen stimmen mit Fig. 2 überein. Da bei dieser Art der Er regung Spannung EK und Strom J2 nicht mehr in Phase sind, wird die Phasenkompen sation von Leerlauf bis Belastung nicht mehr konstant bleiben. Sie wird in diesem Fall bei Belastung zunehmen, was für manche Fälle einen Vorteil bedeutet.
Die Anordnung dieser Wicklungen zeigt Fig. 5. R, S und K be deuten wieder Rotor, Stator und Kollektor der Kommutatormaschine, WK' die zugehörige, WK'' die überlappte Kompoundwicklung, We die Phasenkompensationserregerwicklung. U, V und W bedeuten Pol U, Pol V und Pol W der Kommutatormaschine, w, v und w Phase u, Phase v und Phase w.
Commutator rear machine connected to the slip rings of an induction machine. It is a commutator rear machine that is connected to the slip rings of an induction machine (main motor) to control the slip or the phase compensation and whose rotational voltage is composed of two compo th. One is proportional to the load and at least approximately counteracted to the slip voltage of the main motor; the other, leading against the slip voltage 90, is at least approximately constant.
The component of the excitation field corresponding to the first-mentioned voltage component is either induced only by an excitation winding (main excitation winding) connected to the slip rings of the main motor, the ohmic resistance of which is a multiple of the inductive resistance proportional to the slip frequency, or it is winding through this main excitation and jointly excited by a compound winding through which the armature current of the commutator machine flows. The second component of the excitation circuit is induced by the phase compensation excitation winding, which is either also connected to the slip ring voltage or to a constant voltage of the slip frequency.
When connected to the slip rings, their resistance must be proportional to the slip frequency, but in the second case it must be constant, so that their current is independent and constant from the slip frequency. The phase compensation excitation winding must be independent of the other excitation circuits, i.e. its current may not or not significantly changed due to mutual induction when the current of one of the other excitation windings changes, and vice versa. In addition, the stator has a compensation winding for canceling the armature field.
The subject of the present invention is a commutator rear machine of this type, which, however, does not have a main exciter circuit, in which the speed control is only effected by a compound exciter winding through which the armature current of the commutator machine flows, while a phase compensation exciter for phase compensation of the induction machine, as before - development serves. Here, phase compensation of the induction machine can be achieved under load and idling. In addition to the simpler circuit, this arrangement offers the advantage of lower excitation losses.
The currents of the two excitation windings must again be independent of one another, i.e. the current in one winding must not be changed or not significantly changed when the current in the other winding changes due to mutual induction. The current of the phase compensation excitation winding should be at least approximately independent of the slip, which is achieved in a manner known per se.
An embodiment is shown in Fig. 1 of the drawing. a is the main motor, b the commutator machine connected to its slip rings c, d the compound winding that flows through the armature current of the commutator machine, e a synchronous or asynchronous machine that is connected to the same network f as the main motor and the speed of the Commutator machine b keeps constant or is approaching constant. g is the phase compensation exciter winding, which is connected to the slip rings c of the main motor via the upstream choke coil h. By means of this choke coil, the independence of the current in the compensation exciter winding g from the current of the compound winding d is achieved.
The commutator machine can also be coupled to the main motor instead of an auxiliary machine, and finally the compensation exciter circuit can be connected to a constant voltage of the slip frequency instead of the slip ring voltage, with its resistance then being independent of the slip. The compensation winding for the cancellation of the armature field is not indicated for the sake of simplicity.
The behavior of such a commutator machine connected to the slip rings of an asynchronous machine can be seen from the diagram in FIG. 2, neglecting the stator resistance, the iron losses and the stator and rotor reactions. In this diagram: oa the vector of the stator voltage of the induction machine a, whether the vector of the voltage induced in the rotor of the induction machine from the stator, og the vector of the stator current J1 of the induction machine a, oc the vector of the rotor current J2 of the induction machine, of the Vector of the magnetizing current J0 of the induction machine, od the vector of the total voltage drop J2 r2 in the whole rotor circuit of the induction machine,
b d the vector of the total voltage induced in the rotor of the collector machine b b e the vector of the voltage Ek induced in the rotor of the collector machine b by the field of the exciter winding d.
e d is the vector of the voltage ED induced in the rotor of the collector machine by the field of the exciter winding g.
The component b h projected onto the vector o b of the induced voltage EK = b e, which is proportional to the rotor current, causes an additional slip of the induction machine a, while the component h e perpendicular to it has an influence on the phase shift of the motor current. This tension component h e is canceled with every slip and even when the machine a is idling by the constant and approximately equal voltage e d, so that the phase compensation is achieved in the entire speed range of the induction machine; because since the component h e.
which is caused by the wattless current in the rotor, regardless of the size of the watt component bh and is always opposite and approximately equal to the constant voltage value ED <I> (= ed) </I>, is also the wattless current component of the rotor current constant. Once the excitation of the collector machine b has been set to phase compensation, then this remains afterwards so during idling and loading. However, this only applies if the voltage vector b e always remains parallel to the current vector o c, i.e. if the compound winding d is actually flowed through by the rotor current J2 itself or by a current proportional to it and in phase.
In the diagram of FIG. 2 it was assumed that the voltage EK is generated solely by the rotor current of the associated phase. A winding arrangement according to FIG. 3 is necessary to fulfill this diagram. S, R and K mean stator, rotor and collector of the commutator machine. WK is the compound winding, We the phase compensation exciter winding. The Kompensa tion winding, which serves to cancel the armature field of the commutator machine, is not shown in Fig. 3 and 5 for the sake of clarity. The voltage EK of FIG. 2 is generated only by the rotor current of the associated phase flowing in the winding WK. The case can now occur, e.g.
B. in a motor with a very large magnetization current that the component e d for a ver long slip is very large (see. Fig. 4), which results in a high performance of the throttle. In order to reduce the voltage induced by the Dros selerregerkreis and there with the choke power itself, the voltage induced by the compound winding must be rotated in the sense of lag. This is possible by not only having a specific pole, as in Fig. 2 respectively. 3, by the rotor current of the associated phase, but also excited by the rotor current of an adjacent phase. You work with overlapped excitement. How the phases are overlapped depends on the respective conditions.
In FIG. 4, for example, it is assumed that the compound windings of a pole are traversed by the associated rotor current leading by 120, the winding which is excited by the rotor current advancing by 120 being designed in the reverse direction. The entire voltage induced by the compound windings is EK = b k, which is composed of the components EK '= b i and EK' '= i k. The voltage induced by the compensation exciter winding is ED = k d. All other designations are the same as in FIG. Since with this type of excitation voltage EK and current J2 are no longer in phase, the phase compensation will no longer remain constant from idle to load. In this case it will increase with exertion, which is an advantage in some cases.
The arrangement of these windings is shown in Fig. 5. R, S and K be again the rotor, stator and collector of the commutator machine, WK 'the associated, WK' 'the overlapped compound winding, We the phase compensation exciter winding. U, V and W mean pole U, pole V and pole W of the commutator machine, w, v and w mean phase u, phase v and phase w.