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.