CH156224A - Asynchronous machine with a commutator rear machine excited by the mains voltage of the main machine. - Google Patents

Asynchronous machine with a commutator rear machine excited by the mains voltage of the main machine.

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CH156224A
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/34Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter
    • H02K17/38Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter with a commutator machine

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  

      Asynchronmaschine        mit    von der Netzspannung der     Hauptmaschine    erregter       Kommutatorhintermaschine.       Im Hauptpatent Nr. 127373 ist eine  Anordnung zur Erregung der     Kommutator-          hintermaschine    von     Asynchronmaschinen     beschrieben, durch die erreicht wird, dass bei  einem Sinken der Netzspannung die Er  regung der     Kommutatorhintermaschine    und  damit auch die Erregung der Asynchron  maschine ähnlich wie bei Synchronmaschi  nen konstant bleibt     bezw.    sogar noch ver  stärkt wird.

   Eine derartige     Wirkungsweise     ist namentlich     bei        Blindleistungsmaschinen     oder Generatoren     erwünscht,    um bei einem  Belastungsstoss oder einer Störung im Netze,  zum     Beispiel    einem     Kurzschlusse,    die Span  nung möglichst aufrecht zu erhalten.

   Um dies  zu erreichen, wird die     Kommutatorhinter-          maschine    gemäss dem genannten Hauptpatent  von der Netzspannung unmittelbar oder über       Spannungs-    oder     Frequenzumformer    erregt,  und es sind einerseits dem Erregerstromkreis  der Hintermaschine .angehörige oder zu ihm    parallel geschaltete, magnetisch sich im We  sentlichen im Eisen     schliessende        Induktivi-          täten    vorgesehen, die mit einer der Netz  spannung gleichen oder annähernd proportio  nalen Spannung erregt und derart bemessen  sind,

   dass an ihnen bei normaler Netzspan  nung oder unmittelbar bei deren Über  schreitung infolge Eisensättigung keine  Proportionalität mehr zwischen     Magnetisie-          rungsstrom    und     Spannung        besteht.    Ander  seits sind durch den vom     Magnetisierungs-          strom    der eisengesättigten     Induktivität    er  regte weitere     Induktivitäten    vorgesehen, de  ren Spannung in den Stromkreis der Erreger  wicklung der     Kommutatorhintermaschine    ein  geschaltet ist und der vom Netz zugeführten  Spannung entgegenwirkt.  



  Diese Anordnung kann durch die vor  liegende Erfindung dadurch verbessert wer  den, dass die Ankerrückwirkung der Haupt  maschine, die durch den von der Maschine      an das Netz abgegebenen Blindstrom hervor  gerufen wird und     entregend    auf die Ma  schine einwirkt, kompensiert wird, so dass  die Maschine bei gleicher Erregerspannung  wesentlich mehr Blindstrom abgeben kann  als bei der Schaltung nach dem     Hauptpatent.     Man kann die     Kompensierung    der Anker  rückwirkung dadurch bewirken, dass ausser  dem Erregertransformator ein     Kompound-          transformator    verwendet wird, der so ge  schaltet     wird,

      dass der Primärstrom der       Asynchronmaschine    in ihm eine Spannung  erzeugt, die über die     Kommutatorhinter-          maschine    dem Läufer zugeführt wird und  die darin einen die     entmagnetisierende    Wir  kung des Primärstromes kompensierenden  Sekundärstrom     erzeugt.     



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung  ist in der     Abb.    1 schematisch     dargestellt.     Die     Asynchronmaschine    1 ist an dem Dreh  stromnetz 5     ständerseitig    angeschlossen und  ist mit der     Kommutatorhintermaschine    2  mechanisch gekuppelt. Die     Kommutator-          maschine    2 ist läuferseitig mit     Netzfrequenz     erregt.

   Im Erregerstromkreis liegt der mit  dem     Ständerstromkreis    induktiv verkettete       Kompoundtransformator    4 samt Erreger  transformator 3, der bei normaler Netz  spannung schon     Eisentättigung    hat, so dass  die     Streureaktanz    gross ist gegenüber der       Wechselreaktanz    und eine ähnliche Wirkung  erzielt wird     wie    durch die Drosselspule 4 der  Anordnung nach;     Abb.4    des genannten Haupt  patentes.

   Der     Kompoundtransformator    4 ist so  geschaltet, dass der Primärstrom der     Asyn-          chronmaschine    in ihm eine diesem Strom       entgegengerichtete    Spannung erzeugt, die  dann über die     Kommutatormaschine    2 dem  Läufer der     Asynchronmaschine    zugeführt  wird. Man erreicht dadurch, dass ein im  Primärstromkreis der     Asynchronmaschine     fliessender Strom über den     Kompoundtrans-          formator    und die     Kommutatormaschine    im  Läufer, also im Sekundärkreis, einen Gegen  strom erzeugt.

   Der Primärstrom wird also  hierdurch ganz oder     teilweise    kompensiert,  wodurch auch die von dem Primärstrom her-    vorgerufene Ankerrückwirkung entsprechend  kompensiert wird. Man braucht daher am  Erregertransformator nur eine geringe     Span-          aung,    um einen gewünschten Blindstrom  primär abgeben zu können. Im Grenzfall,  das heisst bei voller     Kompensierung,    ist nur  so viel Spannung erforderlich, um den Eigen  bedarf der Maschine an     Magnetisierungs-          strom    zu erzeugen.  



  Die durch den     Kompoundtransformator     erzielte Wirkung ergibt sich aus dem in       Abb.    2 dargestellten Kurven, in denen der  Blindstrom über der Klemmenspannung der  Maschine aufgetragen ist. Die Kurve a zeigt  den Verlauf des Blindstromes bei der nor  malen Schaltung, wobei die     Kommutator-          hintermaschine    in üblicher Weise über einen  Erregertransformator vom Netz erregt wird.  Die Kurve b zeigt den Verlauf des Blind  stromes bei der Schaltung nach     Abb.    1.  Man ersieht hieraus, dass die Kurve b in  der Nähe der Normalspannung wesentlich  günstiger verläuft als die Kurve a. Mit  fallender Netzspannung steigt die Blind  stromabgabe, während sie bei steigender  Spannung fällt.

   Die     Blindstromabgabe    ent  spricht daher dem Steigen     bezw.    Fallen der  Belastung im Netz. Ausserdem liegt der Leer  laufspunkt, bei welchem kein Blindstrom ab  gegeben wird, wesentlich günstiger als bei  der Kurve a, die Überspannung bei plötz  lichem Verschwinden der Last ist wesent  lich geringer als bei der Kurve a.  



  Die vorstehend beschriebene Anordnung  nach     Abb.    1 arbeitet äusserst günstig, so  lange die Netzspannung sich nicht in allzu  weiten Grenzen ändert. Sind in einer An  lage grössere     Schwankungen    zu erwarten oder  will man die Maschine auch bei Kurzschlüs  sen zur     Blindleistungsabgabe    heranziehen, so  wird diese Anordnung diesen Anforderungen  nicht mehr restlos genügen. Wie die  Kurve b zeigt, geht bei stärkerem Span  nungsabfall die Blindleistung ebenfalls zu  rück, und zwar im geradlinigen Teil der  magnetischen Charakteristik der Asynchron  maschine ebenfalls ungefähr geradlinig, also      schon von ziemlich hohen Spannungen ab.

    In diesen besonderen Fällen ist es nun aber  erforderlich, den Blindstrom bis zu geringen       Spannungen    herab hoch zu halten, bezie  hungsweise noch weit über den normalen  Strom hinaus zu steigern. Es lässt sich dies  erreichen, wenn man die Schaltung nach       Abb.    1 dadurch abändert, dass der Erreger  transformator durch eine der     Trans.forma-          torenschaltungen    nach dem Hauptpatent er  setzt     wird,    mit Hilfe deren die sonst vor  handene Proportionalität zwischen Netz  spannung und Erregerspannung weitgehend  gestört wird.  



  Eine für diesen Zweck geeignete Schal  tung ist in der     Abb.    3. beispielsweise dar  gestellt. In dieser ist in den Erregerkreis  der Erregermaschine 2 ein Erregertransfor  mator 13 angeordnet, der bei normaler Netz  spannung hohe Eisensättigung hat. In Reihe  mit dem Erregertransformator 13 ist ein       weiterer    Transformator 14 geschaltet, der  keine Eisensättigung hat und dessen Pri  märwicklung vom     Magnetisierungsstrom     durchflossen ist und dessen;     Sekundärwicklung     über die Sekundärwicklung des     Kompound-          transformators    4 an die Schleifringe der Er  regermaschine 2 geschaltet ist.

   Die Wir  kungsweise hinsichtlich des     Kompoundtrans-          formators    4 ist die gleiche, wie bei     Abb.    1.  Die resultierende Spannung der beiden Trans  formatoren 13 und 14 hat den in     Abb.    4  dargestellten gekrümmten Verlauf, in der  die Erregerspannung E über der Netzspan  nung P aufgetragen ist. Durch diesen Ver  lauf wird die     Blindstromabgabe    bei fallen  der Netzspannung noch weiter gesteigert als  bei Anordnung nach     Abb.    1, wie aus der  in     Abb.    2 mit     c    bezeichneten Kurve     ersic'nt-          lich    ist.

   Infolge der durch die Transforma  toren 13 und 14 erreichten     gekrümmten        Er-          regercharakteristik    kann sie auch noch über  den geradlinigen Teil der magnetischen Cha  rakteristik hinaus ansteigen.

   Man hat es mit  dieser Anordnung daher in der Hand, bis zu  ganz     geringen        Spannungen    hohe     Blindstrom-          abgaben    zu erzielen,    Durch geeignete Wahl der     Sättigungs-          verhältnisse    usw. lässt sich auch ohne wei  teres ein Verlauf des Blindstromes nach  Kurve d der     Abb.    2 erreichen, nach welcher  bei Verringerung der Spannung eine ganz  beträchtliche Steigerung der Blindstrom       abgabe    hervorgerufen werden kann.

       Dieso     Charakteristik     kann,    durch geeignete Wahl  der Sättigungsverhältnisse im     Kompound-          transformator    dahin beeinflusst werden, dass  der maximale Blindstrom begrenzt wird.  



  Die Erfindung ist in gleicher Weise an  wendbar bei selbständigem Betrieb der     Asyn-          chronmaschinen    ohne parallel laufende Syn  chronmaschinen, sowie im Parallelarbeiten       mit    Synchronmaschinen. Ein besonderer  Vorteil der Anordnung nach     Fig.    3 besteht  noch darin, dass' die von den     Transformato-          ren    13 und 14 gelieferten, infolge der Eisen  sättigung stark verzerrten Spannungen ver  hältnismässig klein sind gegenüber der vom  Transformator 4 gelieferten, so dass eine  Verzerrung der resultierenden Erregerspan  nung praktisch vermieden wird.

   Ausserdem  können infolge der durch die Erfindung er  zielten Verringerung der Erregerspannung  für die Transformatoren 13 und 14 wesent  lich kleinere Transformatoren als bisher ver  wendet werden. so dass die Anordnung ge  mäss der Erfindung auch in dieser Hinsieht  wesentlich günstiger wird als die nach dem  Hauptpatent.



      Asynchronous machine with a commutator rear machine excited by the mains voltage of the main machine. In the main patent no. 127373 an arrangement for the excitation of the commutator rear machine of asynchronous machines is described by which it is achieved that when the mains voltage drops, the excitation of the commutator rear machine and thus also the excitation of the asynchronous machine similar to synchronous machines remains constant or . is even strengthened.

   Such a mode of operation is particularly desirable in reactive power machines or generators in order to maintain the voltage as far as possible in the event of a load surge or a disturbance in the network, for example a short circuit.

   In order to achieve this, the commutator rear machine is excited by the mains voltage directly or via voltage or frequency converters according to the main patent mentioned, and on the one hand the excitation circuit of the rear machine or connected in parallel to it are magnetically closed mainly in the iron Inductivities are provided which are excited with a voltage equal to or approximately proportional to the mains voltage and are dimensioned in such a way that

   that there is no longer any proportionality between magnetizing current and voltage at them with normal mains voltage or immediately when it is exceeded due to iron saturation. On the other hand, further inductances are provided by the magnetizing current of the iron-saturated inductance, the voltage of which is switched into the circuit of the excitation winding of the commutator rear machine and counteracts the voltage supplied by the mains.



  This arrangement can be improved by the present invention in that the armature reaction of the main machine, which is caused by the reactive current supplied by the machine to the network and has a de-exciting effect on the machine, is compensated, so that the machine at same excitation voltage can emit significantly more reactive current than with the circuit according to the main patent. The armature reaction can be compensated by using a compound transformer in addition to the excitation transformer, which is switched in such a way that

      that the primary current of the asynchronous machine generates a voltage in it, which is fed to the rotor via the commutator rear machine and which generates a secondary current which compensates for the demagnetizing effect of the primary current.



  An embodiment of the invention is shown schematically in FIG. The asynchronous machine 1 is connected to the three-phase network 5 on the stator side and is mechanically coupled to the commutator rear machine 2. The commutator machine 2 is excited on the rotor side with mains frequency.

   In the excitation circuit is the compound transformer 4, inductively chained to the stator circuit, including the excitation transformer 3, which already has iron saturation at normal mains voltage, so that the leakage reactance is large compared to the alternating reactance and a similar effect is achieved as by the choke coil 4 according to the arrangement; Fig.4 of the aforementioned main patent.

   The compound transformer 4 is connected in such a way that the primary current of the asynchronous machine generates a voltage in it which is opposite to this current and which is then fed via the commutator machine 2 to the rotor of the asynchronous machine. What is achieved in this way is that a current flowing in the primary circuit of the asynchronous machine generates a countercurrent via the compound transformer and the commutator machine in the rotor, that is to say in the secondary circuit.

   The primary current is thus fully or partially compensated, whereby the armature feedback caused by the primary current is also compensated accordingly. You therefore only need a low voltage on the exciter transformer in order to be able to primarily output a desired reactive current. In the borderline case, i.e. with full compensation, only enough voltage is required to generate the machine's own demand for magnetizing current.



  The effect achieved by the compound transformer results from the curves shown in Fig. 2, in which the reactive current is plotted against the terminal voltage of the machine. The curve a shows the course of the reactive current in the normal circuit, the commutator rear machine being excited in the usual way via an excitation transformer from the mains. The curve b shows the course of the reactive current in the circuit according to Fig. 1. It can be seen from this that the curve b in the vicinity of the normal voltage runs much more favorably than the curve a. When the line voltage falls, the reactive current output rises, while it falls as the voltage rises.

   The reactive power output therefore corresponds to the rise respectively. Falling the load in the network. In addition, the idle point at which no reactive current is given off is much more favorable than in curve a, the overvoltage in the event of sudden loss of the load is wesent Lich lower than in curve a.



  The above-described arrangement according to Fig. 1 works extremely well as long as the line voltage does not change within too wide limits. If larger fluctuations are to be expected in a system or if the machine is to be used for reactive power output even in the event of a short circuit, this arrangement will no longer fully meet these requirements. As curve b shows, with a greater voltage drop, the reactive power also goes back, namely in the straight-line part of the magnetic characteristic of the asynchronous machine also approximately straight-line, i.e. from fairly high voltages.

    In these special cases, however, it is now necessary to keep the reactive current down to low voltages, or to increase it far beyond the normal current. This can be achieved if the circuit according to Fig. 1 is modified by replacing the exciter transformer with one of the transformer circuits according to the main patent, with the help of which the otherwise existing proportionality between the mains voltage and the exciter voltage is largely maintained is disturbed.



  A suitable circuit for this purpose is shown in Fig. 3, for example. In this, an exciter transformer 13 is arranged in the excitation circuit of the exciter machine 2, which has high iron saturation at normal mains voltage. In series with the exciter transformer 13, another transformer 14 is connected, which has no iron saturation and whose primary winding is traversed by the magnetizing current and whose; Secondary winding via the secondary winding of compound transformer 4 is connected to the slip rings of He exciter 2.

   The way in which the compound transformer 4 works is the same as in Fig. 1. The resulting voltage of the two transformers 13 and 14 has the curved shape shown in Fig. 4, in which the excitation voltage E is plotted against the mains voltage P. is. As a result of this course, the reactive current output when the mains voltage drops is increased even further than with the arrangement according to Fig. 1, as can be seen from the curve labeled c in Fig. 2.

   As a result of the curved excitation characteristic achieved by the transformers 13 and 14, it can also rise beyond the straight-line part of the magnetic characteristic.

   With this arrangement it is therefore possible to achieve high reactive current outputs down to very low voltages. By suitable selection of the saturation ratios, etc., a reactive current curve according to curve d in Fig. 2 can easily be achieved according to which a considerable increase in the reactive current output can be caused when the voltage is reduced.

       This characteristic can be influenced by a suitable choice of the saturation ratios in the compound transformer so that the maximum reactive current is limited.



  The invention can be used in the same way for independent operation of the asynchronous machines without synchronous machines running in parallel, as well as for parallel work with synchronous machines. A particular advantage of the arrangement according to FIG. 3 is that the voltages supplied by the transformers 13 and 14, which are heavily distorted due to the iron saturation, are relatively small compared to those supplied by the transformer 4, so that a distortion of the resulting Excitation voltage is practically avoided.

   In addition, as a result of the invention he aimed to reduce the excitation voltage for the transformers 13 and 14 wesent Lich smaller transformers than before can be used ver. so that the arrangement according to the invention is also significantly cheaper in this respect than that according to the main patent.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCIi Asynchronmaschine mit von der Netz spannung cler Hauptmaschine erregter Kom- mutatorhintermaschine, dadurch gekenn zeichnet, däss ausser einem Erregertransfor mator, der mit hoher Sättigung und hoher Streuung ausgeführt ist, ein Kompound- transformator verbunden ist, der so geschal tet ist, dass der Primärstrom der Asynchron maschine in ihm eine Spannung erzeugt, Asynchronous machine with a commutator rear machine excited by the mains voltage of the main machine, characterized in that, in addition to an excitation transformer, which is designed with high saturation and high scatter, a compound transformer is connected which is connected in such a way that the primary current the asynchronous machine generates a voltage in it, die über die Kommutatorhintermaschine dem Läufer zugeführt wird und die darin einen die entmagnetisierende Wirkung des Primär- Stromes kompensierenden Sekundärstrom er zeugt. UNTERANSPRUCH: Asynchronmaschine nach- dem Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ausser dem Kompound- und Erregertransformator ein dritter Transformator ohne Eisensätti- gung in den Erregerkreis der Kommutator- maschine geschaltet ist, der sekundärseitig dem Erregertransformator entgegengeschal- tet ist. which is fed to the rotor via the commutator rear machine and which therein generates a secondary current that compensates for the demagnetizing effect of the primary current. SUBSTANTIAL CLAIM: Asynchronous machine according to the patent claim, characterized in that, in addition to the compound and excitation transformer, a third transformer without iron saturation is connected in the excitation circuit of the commutator machine, which is connected on the secondary side opposite the excitation transformer.
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