Anordnung zur Beeinflussung des Regelvorganges von Asynchronmaschinen. Zur Regelung der Drehzahl oder zur Phasenkompensierung von Asynchronmaschi nen verwendet man Frequenzwandler, die mit ihrer Kommutatorseite entweder in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine oder in einen Schlupffrequenz führenden Er regerstromkreis einer Kommutatorhinter maschine eingeschaltet sind, und die im Ständer eine Kompensationswicklung be sitzen, so dass ihren Schleifringen nur die Magnetisierungsleistung mit Netzfrequenz zugeführt wird. Diese Frequenzwandler ha ben den Nachteil, dass die mit Schlupf frequenz abgegebene Spannung nicht genau mit der zugeführten Netzfrequenz aufwei senden Spannung übereinstimmt, sondern um einen dem Schlupf proportionalen Be trag kleiner ist als diese.
Dies beruht dar auf, dass das Netz im Frequenzwandler, nicht nur die Läuferwicklung, sondern auch die Kompensationswicklung im Ständer, wenn auch diese nur mit Schlupffrequenz, induziert, wobei die in der Kompensations wicklung induzierte Spannung gegenüber der des Läufers eine Phasenverschiebung von 180 besitzt.
Die Erfindung betrifft nun eine Anord nung zum Betriebe von Asynchronmaschinen mit derartigen Frequenzwandlern, die eine nutzbare Verwertung der in der Kompen sationswicklung induzierten Spannung ent weder zur Aufhebung schädlicher, ebenfalls dem Schlupf proportionaler Spannungen oder auch zur gewollten Beeinflussung des Regel vorganges der asynchronen Vordermaschine gestattet.
Erfindungsgemäss wird die Rota tionsgeschwindigkeit des Läufers des Fre- quenzwandlers, bei untersynchronem Lauf der asynchronen Vordermaschine grösser ge halten als die Rotationsgeschwindigkeit sei nes Drehfeldes relativ zum Läufer, während bei übersynchronem Lauf der asynchronen Vordermaschine umgekehrt die Rotations geschwindigkeit des Läufers des Frequenz- Wandlers kleiner ist als die Rotationsgeschwin digkeit seines Drehfeldes relativ zum Läufer. Beim bisherigen Betrieb von Frequenzwandlern mit Kompensationswicklung ist gerade das Umgekehrte der Fall.
Das neue Betriebs verfahren hat den Vorteil, dass sich die In duktionsspannung in der Kompensations wicklung des Frequenzwandlers zu seiner Kommutatorspannung bei untersynchronem Betrieb nicht mehr subtrahiert, sondern ad diert, so dass der Frequenzwandler auf sei ner Schlupfseite eine Spannung abgibt, die gleich ist der seinen Schleifringen zugeführ ten Spannung, vermehrt um einen Betrag, der proportional dem Schlupf ist.
Die in der Kompensationswicklung induzierte Span nung kann nunmehr in verschiedener Weise Verwendung finden; beispielsweise kann dadurch bei ständererregten Kommutator hintermaschinen, die mit der asynchronen Vordermaschine mechanisch gekuppelt sind und deren Kommutatorspannung infolge der dann eintretenden Drehzahländerungen um einen dem Schlupf proportionalen Wert vom Sollbetrage abweicht, diese Abweichung durch die Induktionsspannung der Kompen sationswicklung des Frequenzwandlers wie der aufgehoben wird. Der Frequenzwandler ist dazu in den Erregerstromkreis, der Kom mutatorhintermaschine eingeschaltet.
Ebenso kann man, wenn. noch andere Frequenzwand- ler mit Kompensationswicklung vorhanden sind, die zum Beispiel als läufererregte Kommutatorhintermaschinen dienen, den schädlichen Einfluss der Induktionsspan nung in der Kompensationswicklung dieser Frequenzwandler durch den gemäss der Er findung betriebenen Frequenzwandler auf heben. Ferner kann die gemäss der neuen Anordnung in der Kompensationswicklung des Frequenzwandlers induzierte Spannung zur Beeinflussung der Drehzahlcharakteristik der asynchronen Vordermaschine benutzt werden.
Die neue Anordnung kann in verschie dener Weise durchgeführt werden. Man kann entweder dafür sorgen, dass die Fre quenz der den Schleifringen des Frequenz- Wandlers zugeführten Spannung ständig gleich ist der Rotationsfrequenz des Fre- quenzwandlers, vermindert um die unter synchrone Schlupffrequenz der asynchronen Vordermaschine, oder man kann umgekehrt auf die Drehzahl des Frequenzwandlers einwirken, wobei die Schleifringe des Fre- quenzwandlers zweckmässig mit Netzfrequenz gespeist werden.
In diesem Falle muss die der Drehzahl entsprechende Rotationsfrequenz des Frequenzwandlers bei untersynchronem Betriebe gleich sein der den Schleifringen zugeführten Frequenz, vermehrt um die Schlupffrequenz der asynchronen Vorder maschine. In beiden Fällen wird erreicht, dass die in der Kompensationswicklung des Frequenzwandlers und in seiner Läufer wicklung induzierten Spannungen sich bei untersynchronem Betriebe addieren, bei über synchronem Betriebe subtrahieren.
Die neue Anordnung ist anhand der Zeichnungen im folgenden an mehreren Aus führungsbeispielen erläutert. Bei der An ordnung nach Abb. 1 soll mittelst der Kom mutatorhintermaschine 2 die Belastungs- charakteristik der asynchronen Maschine 1 derart beeinflusst werden, dass die Asyn chronmaschine 1 entweder eine einmal ein gestellte konstante Leistung aufnimmt oder abgibt, unabhängig davon, mit welchem Schlupf sie arbeitet, oder dass die Abhängig keit der Belastung der Asynchronmaschine 1 vom Schlupf in beliebiger Weise eingestellt werden kann.
Um das erstere zu erreichen, wird mittelst der Kommutatorhintermaschine 2 in den Sekundärstromkreis der Maschine 1 eine Spannung eingeführt, die sich aus zwei Komponenten zusammensetzt, wobei die eine Komponente ständig gleich ist der in der Sekundärwicklung der Maschine 1 induzier ten Spannung und diese Spannung gerade auf hebt, während die zweite Komponente eine konstante, vom Schlupf unabhängige Grösse besitzt und dementsprechend auch einen vom Schlupf unabhängigen Belastungsstrom in der Sekundärwicklung der Maschine 1 er zeugt.
Zur Durchführung der zweitgenann ten Anordnung wird mittelst der Kommu- tatorhintermaschine in den Sekundärstrom kreis der Asynchronmaschine eine Spannung eingeführt, die deren Sekundärspannung in einen bestimmten, beliebig einstellbaren Bruchteil aufhebt. Zur Durchführung der geschilderten Regelanordnung besitzt die Kommutatorhintermaschine im Ständer eine Kompensationswicklung und eine Erreger wicklung 3.
Diese wird in Hintereinander- sehaltung einerseits vom Netze aus über einen Regeltransformator 8 und einen Fre- quenzwandler 9 mit einer vom Schlupf un abhängigen Spannung, anderseits von einer Hilfswicklung im Sekundärteil der Maschine 1 über die Schleifringe 4, den Regeltransfor mator 5, die beiden Frequenzwandler 6 und 7, mit einer dem Schlupf proportionalen Spannung gespeist. Die vom Transformator 8 gelieferte Spannung dient dabei, falls erfor derlich, zur Erzeugung eines konstanten Be lastungsstromes, während die vom Transfor mator 5 gelieferte Spannung zur ganzen oder teilweisen Aufhebung der Sekundärspannung in der Maschine 1 dient.
Die von den Trans formatoren 5 und 8 gelieferten Spannungen überwinden den Ohmschen Spannungsabfall im Stromkreis der Erregerwicklung 3. Der bei. grösserem Schlupf weitaus überwiegende induktive Spannungsabfall im Stromkreis der Erregerwicklung 3 wird mittelst des Strom transformators 10 und mittelst der beiden Frequenzwandler 6 und 7 aufgehoben. Um dies zu erreichen, besitzt der Frequenzwand- lere 7 im Ständer eine Kompensationswick lung 16, und der Stromtransformator 10 ist zweckmässig rückwirkungslos (zum Beispiel infolge Anordnung eines grösseren Luftspal tes im Transformatoreisen) ausgebildet, so dass sein Sekundärstrom die primäre Strom aufnahme nicht wesentlich beeinflusst. Der Stromtransformator 10 ist primär in den Erregerstromkreis der Wicklung 3 ein geschaltet.
Seine Sekundärspannung unterliegt also denselben Gesetzen wie der induktive Spannungsabfall im Stromkreis der Wicklung 3, das heisst sie ist einerseits proportional dem Strom in der Wicklung 3, anderseits proportional der Schlupffrequenz. Da nun diese Spannung über die beiden Frequenz- wandler 6 und 7 wieder dem Stromkreis der Erregerwicklung 3 zugeführt wird, so kann diese Spannung bei passender Wahl und Einstellung ihrer Grösse und Phase (zum Beispiel mittelst Verstellung der Bürsten am Frequenzwandler 6 oder durch Ausbil dung des Stromtransformators 10 als Dreh transformator) dazu benutzt werden, den in duktiven Spannungsabfall im Stromkreis der Wicklung 3 aufzuheben.
Die beiden Frequenzwandler 6 und 7 sind mit dem mit beliebiger Drehzahl laufenden Hilfssynchron motor 11 gekuppelt, sie könnten auch mit der asynchronen Vordermaschine 1 gekup pelt sein.
Die mit der Kommutatorhintermaschine 2 durchzuführende Regelanordnung wird noch dadurch schädlich beeinflusst, dass, wie be reits geschildert, infolge der Kupplung der Maschine 2 mit der Maschine 1 die Kom mutatorspannung von 2 vom Sollbetrage um einen Wert abweicht, der proportional dem Schlupf ist, und zwar derart, dass die Kom mutatorspannung bei untersynchronem Be triebe um diesen Betrag vermindert ist. Diese Abweichung wird nun gemäss der Er findung dadurch ausgeglichen, dass der Fre- quenzwandler 7 an seinen Schleifringen mit einer derartigen Frequenz erregt wird, dass sich die Induktionsspannung in seiner Kom pensationswicklung 16 zu seiner Kommu tatorspannung addiert.
Zum leichteren Ver ständnis der Vorgänge sei angenommen, dass der Antriebsmotor 11 mit derselben Dreh zahl wie die Maschine 1 läuft. Es ist nun die Drehrichtung des dem Frequenzwandler 6 zugeführten, im Raum mit Schlupffrequenz rotierten Drehfeldes derart gewählt, dass es in demselben Sinne umläuft wie der Fre- quenzwandler selbst, so dass der Fre- quenzwandler 6 dem Frequenzwandler 7 über die Schleifringe eine Spannung zu.. führt, deren Frequenz gleich ist der Rotationsfrequenz des Frequenzwandlers 7, vermindert um die untersynchrone Schlupf frequenz.
Bei der bekannten Speisung ist diese Frequenz gleich der Rotationsfrequenz, vermehrt um die Schlupffrequenz. Selbst verständlich kann der Motor 11 mit beliebi ger Drehzahl laufen, ohne dass die geschil derten Vorgänge dadurch prinzipiell beein flusst werden.
Bei der Anordnung nach Abb. 2 ist die Kommutatorhintermaschine mit einer beson deren Belastungsmaschine 16 gekuppelt. Die Erregerwicklung 3 im Ständer der Kommu tatorhintermaschine wird über einen Fre- quenzwandler 7 und über den Regeltrans formator 8 vom Netze aus gespeist. Um den Einfluss des induktiven Spannungsabfalles in der Erregerwicklung 3 zu beseitigen, sind dieser Wicklung Ohmsche Widerstände 19 von derartiger Grösse vorgeschaltet, dass der Ohmsche Spannungsabfall im gesamten Re gelbereich gegenüber dem induktiven vor herrschend ist.
Die Spannung in der Kom pensationswicklung 17 des Frequenzwand- lers 7 soll nun gemäss der Erfindung dazu benutzt werden, die am Transformator 8 ein mal eingestellte Drehzahl der Maschine 1 bei wachsender Belastung zu senken, um um Schwungmassen zum Anspruch zu brin gen und damit Belastungsstösse vom Netz fernzuhalten. Der Frequenzwandler 7 wird dazu mit einer Drehzahl angetrieben, deren Frequenz bei Untersynchronismus gleich ist der Netzfrequenz, vermehrt um die Schlupf frequenz der Maschine 1. Um dies zu er reichen, ist ein Asynchronmotor 20 vor gesehen, der im Ständer an das Netz, im Läufer an die Sekundärspannung der Ma schine 1 angeschlossen ist, wobei das seiner Läuferwicklung zugeführte Drehfeld relativ zum Läufer im entgegengesetzten Sinne um läuft als der Läufer selbst.
Abb. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die neue Anordnung an einem Frequenz- wandler zur Anwendung kommt, der un mittelbar in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine 1 eingeschaltet ist. Ausser mit dem genannten Frequenzwandler 7 ist mit der Maschine 1 noch ein weiterer Frequenzwandler 21 mechanisch gekuppelt, der keine Kompensationswicklung besitzt Die Schleifringe der beiden Frequenzwand- ler sind miteinander verbunden, der Kom mutator des Frequenzwandlers 21 wird über einen Regeltransformator 13 und über Hilfs schleifringe von einer Hilfswicklung im Se kundärteil der Maschine 1 gespeist.
Die Dreh richtung des dem Frequenzwandler 21 am Kommutator zugeführten Drehfeldes ist derart gewählt, dass die Frequenz an den Schleifringen der beiden Frequenzwandler gleich ist der Rotationsfrequenz, vermindert um die Schlupffrequenz der Maschine 1. Die Anordnung nach Abb. 3 dient zur Beein flussung der Drehzahl der Maschine 1 in Abhängigkeit von der Belastung und zur Phasenkompensierung, ähnlich wie dies bis her mittelst Einschaltung eines Reihen- Schlussmotors in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine erreicht wurde.
Während jedoch durch die Einschaltung eines Reihenschlussmotors die Charakteristik der Maschine 1 gemäss' der Geraden 14 in dem Diagramm der Abb. 4, also in linearem Verhältnis zur Belastung geändert wird, verläuft die Charakteristik bei der Anord nung nach Abb. 3 etwa gemäss der Kurve 15. Die Drehzahl sinkt also mit steigender Belastung zunächst nur wenig, später jedoch um so stärker. Diese annähernd quadra tische Senkung der Drehzahl wird durch die Induktionsspannung in der Kompensations wicklung des Frequenzwandlers 7 herbei geführt, die sich zu seiner Kommutatorspan nung addiert.
Die Kommutatorfrequenzwandler 6 und 21 in Abb. 1 und 3 der Zeichnung können auch durch Frequenzwandler ersetzt werden, die als gewöhnliche Asynchronmaschinen ge baut sind.