Kaskadenschaltung von Induktionsmotor und Kommutatornebenschlussmaschine mit zusätzlichem Widerstand im Läuferkreis. Bei der Kaskadenschaltung von Induk tionsmotoren und Kommutator-Hintermaschi nen kann unter normalen Arbeitsbedingungen ein bestimmter Regelbereich genügen, in Ausnahmefällen aber ein wesentlich ver grösserter Regelbereich verlangt sein. Da der Preis des Regelsatzes mit wachsendem Regelbereich stark ansteigt, ist es dabei oft unwirtschaftlich, die Hintermaschine für den nur in Ausnahmefällen verlangten Re gelbereich zu bemessen. Es wurde deshalb vorgeschlagen, sie nur für den normalen Regelbereich vorzusehen und die in Aus nahmefällen verlangte Vergrösserung der Schlüpfung durch Einschaltung von zu sätzlichem Widerstand in den Läuferkreis zu bewirken.
Der Widerstand ist nur bei Belastung wirksam, ebenso wie beim selb ständig arbeitenden Induktionsmotor. Wenn die Erregung der Kommutatormaschine in Reihe zu ihrem Ankerkreis und zum Läufer des Hauptmotors geschaltet ist, ist es natür- lich gleichgültig, an welcher Stelle des Läuferkreises der zusätzliche Widerstand. eingeschaltet wird. Anders ist es dagegen, wenn die Kommutatormaschine im Neben schluss erregt wird, wobei es gleichgültig ist ob die Einstellung der Erregung durch einen Erregertransformator, durch eine Erreger maschine oder durch vorgeschalteten Wider stand erfolgt. In diesem Falle bewirkt näm lich der Widerstand nur dann eine wesent liche Änderung der Drehzahl bei Belastung, wenn er zwischen die Kommutatormaschine und die Abzweigstelle der Nebenschluss erregung eingeschaltet wird.
Wenn also der Widerstand in bekannter Weise unmittelbar der Drehzahlregelung dienen soll, muss er an der genannten Stelle eingeschaltet wer den. Nach vorliegender Erfindung soll nun der Widerstand die Drehzahl des Induktions motors bei Leerlauf und Belastung praktisch nicht beeinflussen, er soll vielmehr bei Be lastung - nur die von der Kommutator- maschine zu liefernde Spannung gegenüber dem Wert bei kurzgeschlossenem Wider stand herabsetzen, so dass nach Einschaltung des Widerstandes durch entsprechende Ver stärkung der Erregung der Kommutator maschine die Schlüpfung des Hauptmotors wesentlich vergrössert werden kann, auch wenn vor Einschaltung des Widerstandes die Spannung der Kommutatormaschine schon den maximal zulässigen Wert hatte.
Gegenüber der bekannten Lösung, bei der durch die Einschaltung des Widerstandes unmittelbar die Schlüpfung vergrössert wird, bietet die neue Schaltung den wesentlichen Vorteil, dass bei Einschaltung eines Wider standes beliebiger Grösse kein Stoss in der Leistungsaufnahme des Hauptmotors auf tritt, da ja nach Einschaltung des Wider standes die Drehzahl bei jeder Belastung praktisch den gleichen Wert wie vorher hat.
Die Vermeidung der Beeinflussung der Drehzahl bei Einschaltung des Widerstandes wird erfindungsgemäss dadurch ermöglicht, dass der Widerstand nicht hinter die Ab zweigung der Nebenschlusserregung, sondern vor diese, also zwischen die Abzweigung und den Läufer des Hauptmotors, einge schaltet wird.
Der Einfluss, den die Lage des Wider standes auf die Drehzahlregelung ausübt, folgt aus den Spannungsdiagrammen, Abb. 2 und 4. Abb. 2 gilt für die Schaltung nach Abb. 1, in der 1 den Hauptmotor, 2 dessen Schleifringe, 3 die mit einer Kompensations wicklung ausgestattete und mit konstanter Geschwindigkeit angetriebene Kommutator- Hintermaschine, 4 deren Erregerwicklung, 5 den Erregertransformator und 6 die An- schlusstelle des Erregerkreises an den An kerkreis bedeutet. An Stelle des Erreger transformators 5 kann auch eine Erreger maschine treten.
In Abb. 2 stellen die Ordinaten der Ge raden a die im Läufer des Hauptmotors in duzierte Schlupfspannung in Abhängigkeit von der Schlüpfung s dar. Bei Leerlauf muss, wenn auf Phasenkompensation ver- zichtet wird, in der Kommutatorhinter maschine die entgegengesetzt gleiche Span nung induziert werden, unabhängig von der Grösse des Widerstandes im Läuferkreis. Damit der Kraftfluss der Kommutator maschine den dieser Spannung entsprechen den Wert hat, müsste an den Klemmen der Erregerwicklung, das heisst bei konstantem Übersetzungsverhältnis des Erregertransfor mators, auch an den Klemmen des Erreger kreises der Abb. 1, eine Spannung bestehen, die in Abhängigkeit der Schlüpfung unter Vernachlässigung des Ohmschen Widerstan des des Erregerkreises bei konstanter Dreh zahl der Kommutatormaschine nach der Pa rabel b der Abb. 2 verläuft.
Nun sind aber die Klemmen des Erreger- lreises identisch mit den Schleifringen des Hauptmotors. Es müssen also die Spannun gen an den Klemmen des Erregerkreises und an den Schleifringen einander gleich sein, das heisst die Grösse der sich einstellen den Schlüpfung ergibt sich aus dem Schnitt punkt der Geraden a mit der Parabel b. Bei Leerlauf ist diese Schlüpfung in Abb. 2 OA. Durch Veränderung des Übersetzungs verhältnisses des Erregertransformators wird eine Änderung der Lage der Parabel b und damit der Leerlaufschlüpfüng erreicht.
Ist die Drehzahl der Kommutatormaschine nicht konstant, sondern proportional der Drehzahl der Hauptmaschine, so verläuft die Spannung an den Klemmen der Er regung nicht mehr genau nach einer Parabel; doch ist im allgemeinen die Abweichung nicht sehr gross.
Ohne zusätzlichen Widerstand sei bei Vollast der Spannungsabfall im gesamten Läuferkreis B C. Der Widerstand der Kom mutatormaschine ist dabei halb so gross wie der des Läufers des Hauptmotors angenom men, es ist also BD der Spannungsabfall in der Kommutatormaschine und DC der im Läufer des Hauptmotors. Die Spannung an der Abzweigstelle 6, die identisch mit der Schleifringspannung des Hauptmotors ist, kann also bei Vollast nur einen Wert haben, der in Abhängigkeit von der Schlüpfung durch die Ordinaten der Geraden c1 gegeben ist. Die Rotationsspannung, die in der Kom mutatormaschine induziert werden muss, da mit im Ankerkreis der Vollaststrom fliesst, ist also kleiner als bei Leerlauf und wird durch die Gerade d1 gegeben.
Entsprechend ist auch die zur Erzeugung dieser Spannung notwendige Erregerspannung kleiner als bei Leerlauf und wird durch die Kurve b1 dar gestellt. Die Schlüpfung des Motors bei Vollast entspricht dem Schnittpunkt der Kurve b1 und der Geraden c1, ist also gleich O A1 Wird nun in den Läuferkreis ein zusätz licher Widerstand eingeschaltet, der zum Bei spiel das Fünffache des Läuferwiderstandes des Hauptmotors beträgt, so ist der Spannungs abfall des Vollaststromes im Läuferkreis B1C1. Die in der Kommutatormaschine bei Vollast induzierte Rotationsspannung muss einen der durch die Gerade d2 festgelegten Werte haben. Damit der entsprechende Kraftfluss in der Kommutatormaschine erregt wird, mass an den primären Klemmen des Erreger transformators die durch die Kurve b2 fest gelegte Spannung bestehen.
Die Spannung an der Abzweigstelle 6 (Abb. 1) der Er regung hängt nun davon ab, an welcher Stelle der zusätzliche Widerstand eingeschal tet wird. Wird er an Stelle a, also zwischen die Schleifringe des Hauptmotors und die Abzweigstelle 6 eingeschaltet, so ist die Spannung durch die Gerade c2 der Abb. 2 ge geben. Bei Einschaltung an Stelle b, also zwischen die Abzweigstelle 6 und die Kom mutatormaschine, ist die Spannung an der Abzweigstelle 6 durch die Gerade c1 ge geben. Im ersten Falle entspricht die Schlüp- fung des Hauptmotors bei Vollast und ein geschaltetem Widerstand dem Schnittpunkt. von b2 und c2, ist also durch OA2 gegeben, im andern Fall entspricht sie dem Schnitt punkt von b2 und c1, ist also durch OA3 gegeben.
Wird der zusätzliche Widerstand an der Stelle a (Abb. 1) eingeschaltet, so ist demnach bei beliebiger Belastung die Schlüpfung praktisch die gleiche wie vor der Einschaltung des Widerstandes, bei Ein- schaltung an Stelle b steigt die Schlüpfun wesentlich, und zwar ist die Steigerung un gefähr gleich dem Betrag B B1, um den die Schlüpfung des Asynchronmotors bei un- erregter Kommutatormaschine durch Ein schaltung des gleichen Widerstandes steigen würde. Bei Einschaltung des Widerstandes an Stelle a sinkt die Spannung der Kom mutatormaschine von A1 D1 auf A2 D2, bei Einschaltung an Stelle b steigt sie gering fügig auf A3 D3. Bei Einschaltung des Wi derstandes an Stelle b bedingt die Einschal tung des Widerstandes einen Leistungsstoss, der mit der Grösse des Widerstandes wächst.
Bei Einschaltung des Widerstandes an Stelle a ermöglicht er durch Herabsetzen der Spannung der Kommutatormaschine eine Er weiterung des Regelbereiches; die Regelung selbst muss dabei durch Übersetzungsände rung des Erregertransformators erfolgen und kann bei Zuschaltung eines Widerstan des beliebiger Grösse feinstufig eingestellt werden.
Abb. 4 gibt das entsprechende Span nungsdiagramm, wenn die Kommutator maschine nach Abb. 3 über Widerstände vom Ankerkreis aus erregt wird. Es be zeichnet in Abb. 3 wieder 1 den Hauptmotor, 2 dessen Schleifringe, 3 die Kommutator maschine, 4 deren Erregerwicklung, 5 den Regulierwiderstand und 6 die Stelle, an der die Erregerwicklung an den Ankerkreis an geschlossen ist. Der Regulierwiderstand be trägt zweckmässig auf allen Regelstufen ein Mehrfaches des induktiven Widerstandes der Erregerwicklung 4, so dass wir letzteren im folgenden vernachlässigen dürfen.
In Abb. 4 stellt die Gerade a wieder die Schlupfspannung des Hauptmotors in Ab hängigkeit der Schlüpfung s dar. Die Leerlaufdrehzahl ist bei dieser Schaltung stets die synchrone, unabhängig von der Grösse dcs Regelwiderstandes. Ist B C wie der der gesamte Spannungsabfall des Voll laststromes im Läuferkreis ohne zusätz lichen Widerstand, so kann bei Vollast an der Abzweigstelle 6 der Erregung nur eine Spannung bestehen, die in Abhängigkeit von der Schlüpfung aufgetragen, durch die Ge rade c1 gegeben ist. Die in der Kommutator maschine zu induzierende Spannung ist durch eine Ordinate der Geraden d1 ge geben. Der effektive Widerstand der Kom mutatormaschine, der bei dieser Schaltung zweckmässig in bekannter Weise vergrössert wird, ist mit dem vierfachen Wert des Läuferwiderstandes des Hauptmotors an genommen.
Damit der Kraftfluss der Hinter maschine einen der Geraden d1 entsprechen den Verlauf hat, muss unter Vernachlässi gung der Reaktanz der Erregerwicklung und der Sättigung der Hintermaschine die Spannung am Erregerkreis, das heisst an den Widerständen 5, in Funktion der Schlüpfung aufgetragen, nach einer Geraden verlaufen, die je nach Grösse des eingestellten Wider standes eine bestimmte Neigung gegenüber der Abszisse besitzt. Diese Gerade sei in Abb. 4 durch b3 dargestellt. Da die Ge rade c1 die tatsächlich zur Verfügung ste hende Erregerspannung und b1 diejenige Erregerspannung darstellt, die zur Erzeugung einer nach d1 verlaufenden Ankerspannung notwendig ist, so wird sich der Schlupf auf den Wert einstellen, bei dem sich die Ge raden b1 und c1 schneiden. Er hat den Wert 0A 1.
Wird nun durch Einschaltung eines zu sätzlichen Widerstandes, der gleich dem fünffachem Wert des Läuferwiderstandes des Hauptmotors sei, der Spannungsabfall des Vollaststromes im Läuferkreis auf B1 C1 vergrössert, so wird die in der Kommutator maschine bei Vollast zu induzierende Span nung durch eine Ordinate der Geraden d2 dargestellt. Die an den Klemmen 6 beste hende Spannung wird bei Einschaltung des Widerstandes an der Stelle a (Abb. 3) durch die Gerade c2, bei Einschaltung an Stelle b durch die Gerade c1 dargestellt. Die Erreger spannung, die zur Erzeugung der nach d2 verlaufenden Spannung der Hintermaschine notwendig ist, verläuft nach der Geraden b2.
Die Schlüpfung bei Vollast ist im ersten Fall gegeben durch den Schnittpunkt der Geraden b2 und c2, ist also gleich OA2, im zweiten Fall durch den Schnittpunkt der Geraden b2 und c1, ist also gleich OA3. Auch bei Widerstandsregelung im Erreger kreis hält demnach der zusätzliche Wider stand im Läuferkreis, wenn er erfindungs gemäss unmittelbar vor die Schleifringe des Hauptmotors geschaltet wird, zwar die Spannung der Kommutatormaschine nieder, ist aber von viel kleinerem Einfluss auf die Schlüpfung, als wenn er vor die Klemmen der Kommutatormaschine geschaltet würde.
Ein technisch wichtiger Sonderfall der zuletzt behandelten Schaltung liegt vor, wenn der Erregerwiderstand so eingestellt wird, dass die von einer bestimmten Er regerspannung in der Kommutatormaschine induzierte Spannung stets dieser Erreger spannung entgegengesetzt gleich ist. Wird dabei ferner eine von den Vorgängen im Läuferkreis unabhängige, konstante Span nung in den Läuferkreis eingeführt, so be dingt sie bekanntlich konstante Drehfeld leistung des Hauptmotors. In diesem Falle wird durch Einschaltung eines zusätz lichen Widerstandes im Läuferkreis un mittelbar vor die Schleifringe des Asyn chronmotors die Drehfeldleistung überhaupt nicht geändert, sondern wieder nur die Span nung der Kommutatormaschine bei gegebe ner Schlüpfung beeinflusst; die Einschaltung des Widerstandes ist also stössfrei möglich.
Sie erlaubt eine Konstanthaltung der Lei stung auch bei solcher Schlüpfung, bei der ohne Widerstand infolge der Sättigung der Kommutatormaschine die Drehfeldleistüng nicht mehr konstant bleibt.
In allen behandelten Schaltungen kann die Ein- und Ausschaltung des Widerstan des entweder von Hand oder auch selbst tätig, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Drehzahl, vom Strom, von der Leistung oder von der Stellung des Regelorganes er folgen.