Anordnung zur Erregung von Kommutatormaschinen. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Selbsterregung von Kommutatormaschi- nen, insbesondere von Mehrphasenkommuta- tormaschinen, die gegenüber den bisher be kannten Selbsterregungsschaltungen den Vor zug hat, dass sich der Grad der Selbst- erregung durch Regelorgane leicht und sicher beherrschen lässt; ausserdem kann die Selbsterregung in einfacher 'Weise mit einer Fremderregung kombiniert wer den.
Die Mehrphasenkommutatormaschine soll insbesondere als in den iS:ekundär- stromkreis von Asynchroumaschinen ein geschaltete gommutatorhintermasehine (für die Drehzahlregelung oder ,die Pha.senkom- pensierung der Vordermaschine) dienen.
Ebenso kann die Kommutatormaschine statt unmittelbar in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine eingeschaltet zu sein, eine (zweckmässig im Ständer untergebrachte, Schlupffrequenz führende) Erregerwicklung an der gommutatorhintermaschine speisen. Erfindungsgemäss ist ein mit der Kommuta- tormaschine synchron laufender Frequenz- wandler (eine Asynchronmaschine oder .ein Kommutatorfrequenzwandler) vorgesehen,.
der mit .der einen Seite an :den Ständ.erstromkreis der Kommutatormaschine angeschlossen ist .(zum Beispiel an die Bürsten oder Klemmen) und der mit der andern .Seite eine Erreger wicklung im Käufer der Kommutator- maschine zum Beispiel über Schleifringe speist.
Die .Zeichnung zeigt drei Ausführungs beispiele .der neuen Anordnung. In Fig. 1 ist 1 eine asynchrone Blindleistungsmaschine, wie sie zur Regelung und Konstanthaltung der ,Spannung insbesondere bei Hochspan nungsfernleitungen zur Anwendung kom men.
Mit der Maschine 1 ist die Kommu- tatorhintermaschine 2 mechanisch gekuppelt, die im Ständer eine gompensationswioklung besitzt und über .Schleifringe mit Netz frequenz erregt wird.
Es ist dazu noch eine mit der Maschine 2 gekuppelte Hilfsasyn- chronmaschine 3 vorgesehen, deren Schlupf frequenz aufweisende Erregerwicklung im Ständer an die Bürsten der Maschine 2 an geschlossen ist, während ihre Läuferspan nung mit Netzfrequenz die Schleifrin-e der Maschine \? speist.
Zur Regelung der Stärke dieser Selbsterregung sind in den Stromkreis der 8tänderwicklung der Hilfsasynchron- müschine noch rgelbare Ohmsche Wider stände 4 eingeschaltet. Diese sind gleich zeitig .derart bemessen, dass im Ständerstrom- kreis der Maschine 3 der Ohmsche Wider stand gegenüber .dem induktiven überwiegt, so dass der mit der Frequenz sich ändernde induktive Widerstand den Regelvorgang nicht wesentlich stören kann.
Die .der Ma schine 3 zuzuführende Erregerleistung ist gegenüber der den Schleifringen der Ma schine 2 zugeführten sehr klein, da an der Maschine 3 eine Verstärkung im Verhältnis der Ständer- und der Läuferfrequenz erzielt wird. Dementsprechend fallen auch die Ohmsahen Widerstände klein und handlich aus.
Die Maschinen 2 und 3 erregen sich in folge ihrer Rückkopplungsselialti;ng- auf einen :durch die Ohmschen Widerstände und die Eisensättigung bedingten spannungs wert, wie dies bei Gleich- oder VTechsel- stromkommutatormaschinen, deren Ständer- erregerwicklung vom eigenen Kommutator gespeist wird, bek sannt ist.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird an die asynchrone Blindleistungsmaschine die Forderung gestellt, dass sie bei einem Kurz schluss oder einer sonstigen Störung im Netz so viel Blindleistung abzugeben imstande ist, dass sie von sich aus .das Netz unter Span nung hält, um Betriebsstörungen bei den an die Leitung angeschlossenen Verbrauchern zu vermeiden. Es ist dazu erforderlich, dass die Maschine 1 bei sinkender Netzspannung ihre Eiregung bezw. .die Erregung ihrer Kommutatorhintermaschine verstärkt.
Um dies -zu erreichen, ist in den iStromkreis zwi schen dem Läufer der Hilfsasynchron maschine 3 und den Schleifringen der Kom- mutatorhintermaschine 2 die Sekundärwick- lung eines vom Netz gespeisten Transforma tors 5 eingeschaltet.
Die Sekundärspannung dieses Transformators 5 besitzt gegenüber der von der Maschine 3 abgegebenen Span nung eine Phasenverschiebung von 180 , so dass bei einem Sinken der Netzs#liannung die Spannung an den Schleifringen der Maschine 2, die sich aus den .Spannungen des Trans formators 5 und der<U>M</U>aschine 3 zusammen setzt, ansteigt.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 stellt die asynchrone Vordermaschine 6 einen in der Drehzahl .zu regelnden Motor dar. Dazu dient die meehanisch gekuppelte Kommu- tatorhintermaschine 7, deren St.ä.ndererreger- wicklung 8 mit Schlupffrequenz gespeist wird.
Dazu ist ein gemäss .der Erfindung ausgebildetes, mit der Maschine 6 gekuppel- tes Aggregat vorgesehen, das aus der Hilfs- k ommutatormaschine 8 und der ITilfsasyn- chronmaschine 9 besteht. Bei der Anordnung nach Abb. 2 dient als Regelorgan der zwi- sehen den Maschinen 8 und 9 eingeschaltete Ohmsche Widerstand 10.
Dieser fällt infolge der mehrfachen Verstärkerwirkung auch bei einer sehr grossen Hauptmaschine bezw. Kom- mutatorhintermaschine sehr klein .aus und gestattet eine bequeme Regelung.
Die Anordnung nach Fig. 3 dient dem selben Zweck, wie die der Fig. 1. Die H.aupt- ma.schine 1.1 ist jedoch als synchrone Blind- leistungsmaschine ausgebildet. Dementspre chend ist auch die die Erregerwicklung der Maschine 11 speisende Kommutatormaschine 12 eine (kompensierte) Gl:eiehstrommaschine, die von dem als Asynchronma.schine ausgebil deten Frequenzwandler 3 mit Gleichstrom erregt wird.
Im übrigen deckt sich die Aus- bildung; und Wirkungsweise mit der der Fig. 1.
Wie bereits erwähnt, kann der Frequenz wandler (3 bezw. 9) auch :als Kommutator- frequenzwan.dler ausgebildet sein. In dieseln Fall ist es zweckmässig, ihn -mit einer Kom pensationswicklung .auszurüsten, um ähnlich wie bei der Asynchronmaschine eine Ver- stärkerwirkung zu erzielen. Dabei sind die Sehleifrin.ge des Frequenzwandlers an den Ständerstromkreis ider Kommutatormaschine anzuschliessen.
Die Verstärkerwirkung könnte aber auch durch eine im Ständer des Fre- quenzwandlers untergebrachte, vom eigenen Kommutator irrt Nebenschluss gespeist Erregerwicklung erzielt werden.
Wenn für die synchrone oder asynchrone Hauptmaschine ein Anwurfmotor vorgesehen ist, so kann dieser während des Betriebes die Funktion .des Fre.quenzwandlers ausüben.
Bei den Scha.ltun;'en nach Fig. 1 und 3 erregt sich die Kommutatormaschine, wenn deren Erregerschleifringen von dem Fre- quenzwandler 3 und dem Transformator 5 -71-ichphasige Erregerspannungen zugeführt werden, teilweise (über .die Hilfsasynchron maschine) selbst, teilweise wird ihr die Er regung, vom Netze aus geliefert.
Man kann nun ebenso wie bei einem unmittelbaren An schluss der Erregerwicklung an den eigenen K:ommutator die Erregung mit Hilfe des Transformators 5 und die mit Hilfedes Fre- quenzwandlers 3 derart einstellen, dass sich die Kommutatormaschine über die Hilfsasyn- ehronm.aschine 3 nicht selbst erregen kann, dass es vielmehr dazu noch der vom Netze über den Transformator 5 gelieferten Er- re gerk.omponente bedarf.
Dies kann durch passende Bemessung (Vergrösserung) des der Hi.lfsasimchronmaschine 3 vorgeschalteten Ohmschen Widerstandes (4 in Fi,g. 1) erreicht werden. Diese Verteilung der beiden Erreger komponenten hat den Vorteil einer Erhöhun der Stabilität bei der Regelung .der Erregung, da bekanntlich die reine Selbsterregung auf dem geradlinig ansteigenden Teil der Magnetisierungskurve unstabil ist.
Bei,den dargestellten Anordnungen speist die Hilfsasynchronmaschine 3 (bezw. 9) über Schleifrine die Schleifringe ;der Kommu- tatormaschine. Selbstverständlich könnten. diese zwei Paare von Schleifringen auch in Fortfall kommen wid die Wicklungen der b;-iden Maschinen unmittelbar (z.
B. durch eine Hohlwelle oder durch -Nebeneinander- ,setzen der beiden Läuferwicklungen) mitein ander verbunden sein.
Arrangement for the excitation of commutator machines. The invention relates to an arrangement for the self-excitation of commutator machines, in particular multi-phase commutator machines, which has the advantage over the previously known self-excitation circuits that the degree of self-excitation can be easily and reliably controlled by regulating elements; In addition, self-excitation can be combined in a simple manner with external excitation.
The multi-phase commutator machine is intended to serve in particular as a gommutator rear machine (for speed control or phase compensation of the front machine) that is connected to the iS: secondary circuit of asynchronous machines.
Likewise, instead of being switched directly into the secondary circuit of the asynchronous machine, the commutator machine can feed an exciter winding (which is expediently accommodated in the stator and carries slip frequency) on the gommutator rear machine. According to the invention, a frequency converter (an asynchronous machine or a commutator frequency converter) running synchronously with the commutator machine is provided.
one side of which is connected to the stator circuit of the commutator machine (for example to the brushes or terminals) and the other side feeds an excitation winding in the buyer of the commutator machine, for example via slip rings.
The drawing shows three exemplary embodiments of the new arrangement. In Fig. 1, 1 is an asynchronous reactive power machine, as they come to regulate and keep constant the voltage, especially in high-voltage trunk lines for use.
The commutator rear machine 2 is mechanically coupled to the machine 1, which has a compensation winding in the stator and is excited by means of slip rings with mains frequency.
There is also an auxiliary asynchronous machine 3 coupled to the machine 2, the slip-frequency excitation winding of which is connected to the brushes of the machine 2 in the stator, while its rotor voltage at mains frequency is the grinding ring of the machine \? feeds.
To regulate the strength of this self-excitation, controllable ohmic resistors 4 are switched on in the circuit of the 8-pole winding of the auxiliary asynchronous machine. At the same time, these are dimensioned in such a way that the ohmic resistance predominates over the inductive resistance in the stator circuit of the machine 3, so that the inductive resistance, which changes with the frequency, cannot significantly disturb the control process.
The excitation power to be supplied to the machine 3 is very small compared to that supplied to the slip rings of the machine 2, since a gain in the ratio of the stator and rotor frequency is achieved on the machine 3. Accordingly, the Ohmsahen resistors are also small and handy.
Machines 2 and 3 excite each other as a result of their feedback circuit: the ohmic resistances and iron saturation, as is known in DC or V AC commutator machines, the stator winding of which is fed by its own commutator is.
In the arrangement according to FIG. 1, the asynchronous reactive power machine is required to be able to deliver so much reactive power in the event of a short circuit or some other disturbance in the network that it keeps the network under tension in order to avoid operational disturbances to be avoided with the consumers connected to the line. It is necessary for this that the machine 1 bezw its Eirichtung when the mains voltage drops. . amplifies the excitation of your commutator rear machine.
To achieve this, the secondary winding of a transformer 5 fed by the mains is switched on in the electrical circuit between the rotor of the auxiliary asynchronous machine 3 and the slip rings of the commutator rear machine 2.
The secondary voltage of this transformer 5 has a phase shift of 180 compared to the voltage output by the machine 3, so that when the mains voltage drops, the voltage on the slip rings of the machine 2, which is made up of the voltages of the transformer 5 and the <U> M </U> machine 3 sets together, increases.
In the arrangement according to FIG. 2, the asynchronous front machine 6 represents a motor whose speed is to be regulated. The mechanically coupled commutator rear machine 7, whose other exciter winding 8 is fed with slip frequency, serves for this purpose.
For this purpose, a unit constructed according to the invention and coupled to the machine 6 is provided, which consists of the auxiliary commutator machine 8 and the auxiliary asynchronous machine 9. In the arrangement according to FIG. 2, the ohmic resistance 10 connected between the machines 8 and 9 serves as a control element.
This falls due to the multiple reinforcement effect bezw even with a very large main engine. Commutator rear machine is very small and allows convenient control.
The arrangement according to FIG. 3 serves the same purpose as that of FIG. 1. The main machine 1.1, however, is designed as a synchronous reactive power machine. Accordingly, the commutator machine 12 feeding the excitation winding of the machine 11 is also a (compensated) direct current machine that is excited with direct current by the frequency converter 3 designed as an asynchronous machine.
Otherwise the training is the same; and mode of operation with that of FIG. 1.
As already mentioned, the frequency converter (3 or 9) can also: be designed as a commutator frequency converter. In this case it is advisable to equip it with a compensation winding in order to achieve an amplifier effect similar to that of the asynchronous machine. The Sehleifring.ge of the frequency converter must be connected to the stator circuit in the commutator machine.
The amplifier effect could, however, also be achieved by an excitation winding housed in the stator of the frequency converter and fed by its own commutator by mistake.
If a starter motor is provided for the synchronous or asynchronous main machine, it can function as a frequency converter during operation.
With the circuits according to FIGS. 1 and 3, the commutator machine itself is partly excited (via the auxiliary asynchronous machine) when its excitation slip rings are supplied from the frequency converter 3 and the transformer 5 to 71 single-phase excitation voltages. Sometimes the excitation is supplied to her by the network.
As with a direct connection of the excitation winding to your own commutator, you can now set the excitation with the help of the transformer 5 and that with the help of the frequency converter 3 in such a way that the commutator machine via the auxiliary asynchronous machine 3 does not itself can excite that the exciter component supplied by the network via the transformer 5 is also required for this purpose.
This can be achieved by suitable dimensioning (enlargement) of the ohmic resistance (4 in FIG. 1) connected upstream of the auxiliary synchronous machine 3. This distribution of the two exciter components has the advantage of increasing the stability in the regulation of the excitation, since it is known that pure self-excitation is unstable on the part of the magnetization curve that rises in a straight line.
In the illustrated arrangements, the auxiliary asynchronous machine 3 (or 9) feeds the slip rings of the commutator machine via slip rins. Of course you could. These two pairs of slip rings are also omitted, because the windings of the two machines are immediately available (e.g.
B. by a hollow shaft or by -next to each other, put the two rotor windings) mitein other be connected.