Kaskadenschaltung von Haupt-Asynchronmotor mit Kollektorhintermotor. Die Anwendung eines ständererregten Drehstromkollektormotors mit ausgeprägten Haupt- und Hilfspolen in Kaskadenschaltung mit einem Asynchronmotor, zum Zweck, die Drehzahl des Asynchronmotors zu regeln, ist allgemein bekannt. Mit einer solchen Kas kadenschaltung lässt sich eine Drehzahlrege lung sowohl übersynchron, als untersynchron erreichen.
Bei den bekannten Anordnungen dieser Gattung ist im allgemeinen die Erregeran ordnung der Kollektormaschine kompliziert und teuer, was auf die veränderliche Erreger frequenz zurückzuführen ist, die besondere Massnahmen erforderlich macht, um einen stabilen Erregerstrom, der bei etwaigen Än derungen der Sekundärfrequenz seinen einmal eingestellten Wert im wesentlichen beibehält, zu erhalten.
Wenn ausser der Drehzahlregelung auch noch eine mit der Belastung abfallende Dreh zahlcharakteristik erreicht werden soll, werden die Anordnungen erst recht kompliziert. Vorliegende Erfindung bezweckt, eine einfache Erregeranordnung zu schaffen, wo bei die erforderliche Erregerspannung sich automatisch einstellt, indem der Erregerwick lung von aussen her ein Strom von bestimm ter Grösse und Phase aufgezwungen wird, der von etwaigen Impedanzschwankungen der Erregerwicklung nur unwesentlich beein flusst wird. Mit dieser Anordnung lässt sich auch in sehr einfacher Weise eine abfallende Drehzahlcharakteristik erreichen.
Die Erfindung soll anhand der Fig. 1 bis 7 erläutert werden. Fig. 1 zeigt ein erstes Aus führungsbeispiel der Erfindung.
ist der Hauptasynchronmotor, B ist die Kollektorhintermaschine mit ihrer Kom pensationswicklung k und ihrer Erregerwick lung e. Die Erregerwicklung e erhält ihren Strom vom Primärnetz über die Drossel spulen D und den Frequenzwandler C, der mit dem Hauptmotor synchron läuft. E ist schliesslich ein Umschalter, mittelst dessen die Stromrichtung in der Erregerwicklung umgekehrt werden kann.
In Fig. 1 sind die drei Phasen der Er regerwicklung geschaltet zwischen dem Fre- quenzwandler einerseits und den Schleif ringen des Hauptmotors anderseits. Die Schleifringspannung Es ist im wesentlichen dem Schlupf s proportional, während die für die Hintermaschine erforderliche Erreger spannung Ee einerseits dem Erregerstrom, anderseits dem Schlupf annähernd propor tional ist. Der Erregerstrom an der Kom mutatorhintermaschine sollte nun ebenfalls dem Schlupf s proportional sein, damit die Kommutatorhintermaschine im wesentlichen eine Spannung erzeuge, die die Sekundär spannung der Asynchronmaschine aufhebt, die also ebenso wie die Sekundärspannung dem Schlupf proportional sein muss.
Für die Erzeugung dieser Spannung ist ein dem Schlupf proportionaler Erregerfluss, bezw. ein dem Schlupf proportionaler Erregerstrom an der Kommutatorhintermaschine notwendig. Da nun dieser Erregerstrom beim Anwachsen der Schlupffrequenz in der Grösse proportional dem Schlupf anwachsen soll, so wächst die in der Erregerwicklung induzierte Selbst induktionsspannung proportional dem Qua drate des Schlupfes an, da die Impedanz der Erregerwicklung ebenfalls proportional mit dem Schlupf wächst, wenn man den ohmschen Widerstand vernachlässigt. Man sollte daher der Erregerwicklung auch eine proportional dem Quadrat des Schlupfes anwachsende Erregerspannung Ee zuführen, um den ge wünschten Erregerstrom zu erhalten.
In Fig. 2 sind Es als lineare und Ee als quadratische Funktion des Schlupfes darge stellt. Bei der Schaltung nach Fig. 1 hat der Frequenzwandler C nur die Differenz der Spannungen Es und Ee zu liefern, die bei richtiger Wahl der Verhältnisse nur etwa ein Sechstel der maximalen Erregerspannung beträgt. Der Frequenzwandler ist deshalb nur für sehr geringe Leistung zu bemessen.
Der Strom in den Drosselspulen D, der im wesentlichen durch die primäre Netzspannung und die verhältnismässig grosse, von der Schlüpfung unabhängige Reaktanz der Dros selspulen bedingt ist, dagegen von der nie drigen Spannung des Frequenzwandlers und der kleinen, dem Schlupf proportionalen Re aktanz der Erregerwicklung e kaum beein flusst wird, fliesst über den Frequenzwandler C in die Erregerwicklung e, wobei der Fre- quenzwandler gewissermassen als Stromwand ler funktioniert. Damit Primärstrom und Sekundärstrom des Frequenzwandlers nicht wesentlich voneinander verschieden sind, muss der eigene Magnetisierungsstrom des Fre- quenzwandlers bei den vorkommenden Span nungen möglichst niedrig sein.
Der Frequenz- waridler soll deshalb mit niedrigen Sät tigungen und möglichst ohne Luftspalt aus geführt werden. Auch kann seine Wicklung mit geringer Polzahl, unabhängig von der Polzahl des Kommutators, ausgeführt werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist also der Erregerstrom des Hintermotors im wesent lichen bedingt durch die Reaktanz der Dros selspulen D und von etwaigen Schwankungen der Erregerfrequenz, d. h. der Schlupffrequenz praktisch gesprochen unabhängig. Mit regel baren Drosselspulen lässt sich eine einfache und stetige Drehzahlregelung sowohl über synchron, als untersynchron erreichen. Beim Durchgang durch den Synchronismus wird die Erregung durch den Umschalter E um gekehrt.
Die Verstellung der Bürstenbrücke des Frequenzwandlers erlaubt eine einfache Re gelung des Leistungsfaktors. Zum selben Zweck kann man auch dem Frequenzwandler über einen zweiten Satz Drosselspulen d (in Fig. 1 ist eine Phase gestrichelt dargestellt) einen phasenverschobenen Strom zuführen, D dient dann in erster Linie für die Dreh zahlregelung, d für die Phasenkompensierung. Jede Phase der Drosselspulen d, die ent weder fest oder regelbar sein können, muss auf eine andere Phase umgeschaltet werden, in dem Augenblick, in welchem Wicklung e beim Durchgang durch den Synobronismus umgeschaltet wird.
Die Drosselspulen D und d können selbst verständlich auch über einen Transformator vom Netze gespeist werden. Drosselspulen und Transformator können schliesslich auch in einem Apparat kombiniert werden.
Der Frequenzwandler C kann selbstver ständlich mit zwei getrennten Wicklungen mit beliebigem Übersetzungsverhältnis aus geführt werden. Auch könnte man zwischen Drosselspulen und Frequenzwandler ein Strom- wender zwischenschalten. Die Anordnung nach Fig. 1 kann sehr leicht für eine abfallende Drehzahlcharak teristik umgeändert werden, indem auf den Hauptpolen der Hintermaschine noch eine Serienerregerwicklung m angebracht wird, wie in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Anord nung erzeugen die Wicklungen m, e unab hängig voneinander an der Kommutatorhinter maschine ein Hauptstromfeld und ein Neben schlussfeld, da die Grösse des Stromes in diesen Wicklungen im wesentlichen nicht von den Verhältnissen an der.
Kommutator hintermaschine abhängig ist, sondern einer seits vom Sekundärteil der Asynchronmaschine A, anderseits von den Drosselspulen D vor geschrieben wird.
Eine abfallende Drehzahlcharakteristik lässt sich auch erreichen mit der Anordnung nach Fig. 4, wobei die Serienkomponente des Erregerstromes einem primären Stromtrans formator F entnommen wird. Serienkompo nente und Nebenschlusskomponente überlagern sich in diesem Falle in der Wicklung e, so dass die besondere Erregerwicklung m der Fig. 3 hier wegfällt. Im selben Augenblick, in welchem e mittelst E umgeschaltet wird, muss auch F umgeschaltet werden, damit die Stromrichtung der Serienkomponente über synchron und untersynchron dieselbe bleibt. Diese Umschaltung von F ist in Fig. 4 nicht angedeutet.
In besondern Fällen kann der Frequenz- wandler C direkt im Nullpunkt der Primär wicklung des Hauptmotors A verlegt werden, so dass dann der Stromtransformator F weg fallen kann.
Schliesslich kann man zwischen Netz und Drosselspulen D einen Serientransformator schalten und in dieser Weise eine von der Belastung abhängige Erregung bekommen.
Bei der Anordnung für abfallende Dreh zahlcharakteristik besteht noch eine Schwie rigkeit, wenn diese Charakteristik teils über synchron, teils untersynchron verläuft; Fig. 5 zeigt nochmals die Kurven Es und Ee der Fig. 2, aber diesmal für das ganze Regel gebiet, übersynchron und untersynchron, und zwar unter der Voraussetzung, dass die Wick lung e beim Durchgang durch den Synchro nismus nicht umgeschaltet wird. Aus Fig. 5 sieht man, dass die Differenz der Spannungen Es und Ee schnell zunimmt, sobald die Dreh zahl bei zunehmender Belastung untersyn chron wird.
Diese Differenzspannung muss vom Frequenzwandler geliefert werden, wes halb es im genannten Falle keinen Vorteil mehr hat, die Rückleitung der Wicklung e an den Schleifringen des Hauptmotors anzu schliessen, sondern soll man lieber diese Rück leitung zu einem Nullpunkt vereinigen, wie in Fig. 7 angegeben.
Die Erregerschaltung nach Fig. 6 gilt dann für das übersynchrone Regelgebiet, die selbe Schaltung aber mit umgekehrter Er regung für das untersynchrone Regelgebiet, und schliesslich die Schaltung nach Fig. 7 für das gemischte Regelgebiet, wo die Dreh zahlcharakteristiken teils übersynchron, teils untersynchron verlaufen.
Soll die Hintermaschine nur den Schlupf, nicht aber die Leerlaufdrehzahl der Vorder maschine regeln, dann ist es mit Rücksicht auf die Abmessungen der Hintermaschine vorteilhaft, die Leerlaufgeschwindigkeit über synchron, dagegen die Vollastgeschwindigkeit untersynchron zu wählen. In solchem Falle käme zum Beispiel eine Schaltung in Frage, wie in Fig. 8 angegeben.