CH229943A - Verfahren zur Drehzahlregelung von Asynchronmotoren mit ständererregter Kollektorhintermaschine, Bauart Scherbius. - Google Patents

Verfahren zur Drehzahlregelung von Asynchronmotoren mit ständererregter Kollektorhintermaschine, Bauart Scherbius.

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CH229943A
CH229943A CH229943DA CH229943A CH 229943 A CH229943 A CH 229943A CH 229943D A CH229943D A CH 229943DA CH 229943 A CH229943 A CH 229943A
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transformer
scherbius
machine
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voltage
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Cie Aktiengesellschaft Boveri
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Bbc Brown Boveri & Cie
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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 Ac Motors In General (AREA)

Description


  Verfahren zur Drehzahlregelung von Asynchronmotoren mit ständererregter  Kollektorhintermasehine, Bauart Scherbius.    Sogenannte Scherbiusregulierungen für An  triebe, die bei veränderlicher Drehzahl ein  konstantes Drehmoment erfordern, eignen sich  nur für beschränkte Regelbereiche; diese soll  ten nicht grösser sein als etwa 2: 1. Die Be  messung der Scherbiusgruppe samt Zubehör  ist in der Hauptsache durch die Schlupf  leistung gegeben; bei grösseren Regelbereichen  wird diese Gruppe zu teuer und die Anlage  unwirtschaftlich.  



  Anders liegen die Verhältnisse bei Antrie  ben von Ventilatoren und Gebläsen, bei denen  das Drehmoment etwa quadratisch mit der  Drehzahl zurückgeht. In solchen Fällen bleibt  die Schlupfleistung auch bei grossen Regel  bereichen verhältnismässig gering, so dass die  Leistung der Scherbiusmaschine im Verhältnis  zur Leistung des asynchronen Vordermotors  ebenfalls gering bleibt. Für solche Antriebe  ist deshalb die Scherbiusregulierung auch bei  grossen Regelbereichen sehr geeignet. Solche  Antriebe für sehr grosse Regelbereiche, bei  denen das Drehmoment beispielsweise propor-    tional dem Quadrat der Drehzahl ist, kommen  z. B. in Frage für Windtunnelgebläse, für  welche oft Regelbereiche von 5 :1 oder mehr  verlangt werden.  



  Bei     Drehzahlregelung    in mässigen Grenzen,  z. B. zwischen 30 % übersynchron und 30 %  untersynchron, genügt normalerweise im gan  zen Bereich ausschliesslich die Regelung im  Erregerkreis der Scherbiusmaschine. Dieser  Bereich soll hier als normaler Regelbereich  bezeichnet werden. In diesem     pflegt    man das  Feld der Scherbiusmaschine durch einen regel  baren, von den Schleifringen des     Vordermotors     gespeisten     Erregertransformator    zu regeln;  nur für die Erregung im Synchronismus wird  zusätzlich ein kleiner Frequenzumformer ver  wendet; die Hauptklemmen der     Scherbius-          maschine    sind unmittelbar mit den Schleif  ringen des Vordermotors verbunden.  



  Von ausschlaggebender Bedeutung für die  Kommutierung der Scherbiusmaschine ist be  kanntlich die vom pulsierenden Feld herrüh  rende     Transformatorspannung    et zwischen be-      nachbarten Lamellen der Kommutierungs  zone. Sie ist proportional dem Schlupf und  dem Feld,  et     =        honst.    f,  worin f, die Schlupffrequenz und 0, den Fluh  pro Pol der Scherbiusmaschine bedeutet. Da  im normalen Regelbereich dieser Fluss A pro  portional der Schlupffrequenz fs ist, so ist  et = Rollst.     f'!'.     



  Mit Rücksicht auf die gute Kommutierung  soll     erfahrungsgemäss    et einen gewissen Grenz  wert Et nicht überschreiten, durch den der  normale Regelbereich festgelegt ist. Will man,  von der untern Grenze des normalen Regel  bereiches (et = Et) ausgehend, die Drehzahl  noch weiter herabregeln, dann ist, weil eine  weitere Feldverstärkung der     Scherbiusma-          schine    unzulässig ist, dies nur dadurch mög  lich, dass mittels eines zwischen Vordermotor  und Hintermaschine liegenden regelbaren  Transformators, der. als Läuferkreistransfor  mator bezeichnet werden soll, die Klemmen  spannung der Scherbiusmaschine leerabgesetzt  wird.

   In dem so erweiterten Regelbereich  kann entweder abwechselnd oder gleichzeitig  mit dem Läuferkreistransformator und dem  Erregertransformator geregelt werden.  



       Erfindungsgemäss    sollen nun im erweiter  ten Regelbereich     Erregerspannung    und     Klein-          menspannung    der Scherbiusmaschine derart  voneinander abhängig gemacht werden, dass  die Transformatorspannung et praktisch kon  stant bleibt und dabei mindesten,     angenähert     die Grösse des zulässigen     Grenzwertes        1;t    hat.  



  Diese Art der     Regelung    weist einige  wesentliche Vorteile auf.  



  Die Regelung im     erweiterten        Regelbereich     auf angenähert konstante Transformatorspan  nung et lässt sich mit einer sehr einfachen  Schaltung verwirklichen, wobei die Drehzahl  regelung nur durch Änderung des Übersetzungs  verhältnisses des als Regeltransformator aus  gebildeten Läuferkreistransformators bewirkt  wird; die richtige Erregung der     Scherbius-          maschine    stellt sich bei der betreffenden  Schaltung selbsttätig ein, ohne dass eine gleich  zeitige Regelung im Erregerkreis erforderlich    ist.

   Da hierbei et angenähert konstant bleibt,  wird die Schaltung des Hilfspolkreises zur  Kompensation der Transformatorspannung et  ebenfalls sehr einfach - es     genügt,    die betref  fende Wendewicklung über Vorschaltdrossel  spulen von den Schleifringen des Hauptmotors  mit einem     konstanten        Strom    zu     speisen.    Inn  erweiterten Regelbereich wird die     Scherbius-          maschine    mit der mit Rücksicht auf die Kom  mutierung höchst zulässigen Spannung und  demnach möglichst geringem Strom betrieben.

    Da bei der Scherbiusmaschine die stromab  hängigen Verluste bei weitem überwiegen,  ergehen sich     für    die neue Schaltung die  kleinsten     Verluste    und der beste     Wirkungs-          grad..     



  Die Erfindung sei nunmehr an Hand eini  ger     Ausführungsbeispiele    näher erläutert.  Dabei sind die Schaltungen einphasig darge  stellt; selbstverständlich sind sie mehrphasig,  und zwar im allgemeinen dreiphasig aufzu  fassen.  



  Fig. 1. stellt eine allgemeine grundsätzliche  Schaltung einer Scherbiuskaskade für erwei  terten Regelbereich dar. An die Schleifringe  des asynchronen Vordermotors A, der die     Ar-          beitsinascliine    finit grossem Regelbereich an  treibt, ist über den Läuferkreistransformator  T die Seherbinsmaschine r angeschlossen, die  z. ss. mit einer weiteren Asynchronmaschine  gekuppelt ist und praktisch mit konstanter  Drehzahl läuft. Ihre Feldwicklung e wird über  den Erregertransformator t gespeist. Das Über  setzungsverhältnis des Transformators T werde  finit c, dasjenige des Transformators t finit ü  bezeichnet.

   Es ist     (laut)   
EMI0002.0032  
   und
EMI0002.0033  
    Darin     bedeuten     . r = Schleifringspannung des Vordermo  tors,  e, = Klemmenspannung der Hinterma  schine,  @e = Erregerspannung der     Hinterma-          schirre.        Ferner    ist  @ = -_ Schlupf des Vordermotors.  



  -Bei den ein     folgenden        verwendeten        Bezeich-          llun-en    deuten     kleilie        ssuclistahen    variable,       grosse        ssuelistaben    feste     Werte.         Beim Übergang von der blossen Feld  regelung, also vom normalen auf den erwei  terten Regelbereich sei zunächst  a=1 und ss=I.,  was der obern Grenzdrehzahl des erweiterten  Regelbereiches entspricht. Hierfür ergeben  sich die festen Werte Er,     S    und<I>Et;</I> dann  ist auch     e,    und es = Er.  



  )Wird nun der Läuferkreistransformator T  herabgeregelt, so dass a  <  1 wird, dann bleibt  entsprechend der Nebenschlusscharakteristik  der Scherbiusmaschine E die Drehzahl des  Hauptmotors     11    im wesentlichen unverändert,  aber die Klemmenspannung     e,    der Maschine     K,     ihr Fluss sowie die Transformatorspamiung et  gehen im Verhältnis a : 1 zurück. Es wird,  wenn immer noch     13    =1 bleibt,  e e - a , Er  s = 5'  <I>et - a . Et.</I>  



  Wird dann auch noch der Transformator t  geregelt und     (    > 1 gemacht, dann vergrössern  sich Schlupf und Schleifringspannung im Ver  hältnis 1, wie folgt  S = ss - 8  er -     1'3    .     Er     - a     #    P     #    Er       e,   <I>a .</I>     R2   <I>.</I>     E,,    und  <I>et = a .</I>     13         #   <I>Et.</I>  



  Da nun     erfindungsgemäss    et konstant gleich Et  gehalten werden soll, so sind a und     @    gleich  zeitig so zu regeln, dass  
EMI0003.0018     
    und diesem Verhältnis entsprechend sind die  Regelorgane der beiden Transformatoren T  und t miteinander zu kuppeln.  



  Eine     Möglichkeit,    in scheinbar einfacher  Weise die gewünschte Abhängigkeit von er,  e. und e, zu bewirken, zeigt Fig. 2. TI und T2  sind hier zwei identische Transformatoren,  die in Kaskade geschaltet sind, beide für die  gesamte Schlupfleistung zu bemessen sind und  gleichzeitig auf gleiche Übersetzung
EMI0003.0020  
   ge  regelt werden. Die Schaltung hat jedoch kaum  praktische Bedeutung, weil die Reihenschal-    tung zweier Transformatoren von der Grösse  des Läuferkreistransformators viel zu kost  spielig     wird.     



  Dagegen lässt sich mit grosser Annäherung  die gleiche     Wirkung    mit der sehr einfachen  und praktisch brauchbaren Schaltung nach  Fig. 3 erzielen. Die Erregerwicklung e der  Scherbiusmaschine K wird hier von einer  festen Anzapfung des Erregertransformators t'  gespeist, der primär an der Spannung e,     -e"     liegt.     Wird    das Übersetzungsverhältnis il des  Transformators     t'    richtig gewählt - und  zwar soll     ü    etwa die Grössenordnung 3:1  haben -, dann bleibt bei Drehzahlregelung  durch den Regeltransformator T die Trans  formatorspannung et mit grosser Annäherung  konstant, ohne dass irgendeine weitere Rege  lung im Erregerkreis der Kollektormaschine  vorgenommen werden muss.  



  Für     ü    = 3 : 1 ergibt sich  
EMI0003.0028     
    In Fig. 4 sind die nach diesen Formeln  berechneten Grössen von s und et in Abhängig  keit von a aufgetragen. Eine Regelung des  Transformators     t    im Bereich<I>a = 1</I> bis     ss    =  0,18 entspricht einer etwa     2,5-fachen    Ver  grösserung des Schlupfes s; dabei bleibt<I>et</I>  praktisch gesprochen konstant. (Die Abwei  chung beträgt ca.     +    10  /o).  



  Die     Fig.    1 bis 4 beziehen sich nur auf die  Drehzahlregelung im erweiterten Regelbereich;  dagegen enthält das Schaltbild nach     Fig.    5  die Schaltvorrichtungen sowohl für den nor  malen wie auch für den erweiterten Regel  bereich. Der mit dem Hauptmotor A     gekup-          pelte    kleine     Frequenzumformer    F ist bekannt  lich erforderlich für der Erregung der Scher-      biusmaschine 11 beim Durchgang durch den  Synchronismus. Diese hat im Stator ausser  der Erregerwicklung e noch die Kompensa  tionswicklung k und die Wendewicklung w.  Mit dieser in Reihe geschaltet ist die Drossel  spule d. Zum Reversieren der Feldwicklung e  beim Durchgang durch den Synchronismus  dient der Reversierschalter r.

   Für die erfor  derliche Schaltungsänderung beim Übergang  von dem normalen auf den erweiterten Regel  bereich oder umgekehrt sind die Umschalter  ui na u3 vorgesehen.  



  Im normalen Regelbereich, z. B. von 30 %  übersynchron bis 30     (/o    untersynchron, liegen  die -Umschalter uI u2 u3 nach rechts, während  der Reversierschalter r nach oben oder nach  unten eingelegt ist, je nachdem übersynchron  oder untersynchron geregelt wird. Im norma  len Regelbereich erhält die Scherbiusmasclline  .K die volle Schleifringspannung des Vorder  motors A; ihre Erregerwicklung e ist dann  am Regelkontakt des Regeltransformators T  angeschlossen; den     Nullpunkt    des Erreger  kreises bildet gewissermassen der Frequenz  umformer F; die Wendewicklung w, ist über  die Drosselspule     d    ebenfalls am Regelkontakt  des Regeltransformators<B>1</B> angeschlossen.

   Ab  gesehen vom Stromkreis der Windewicklung  w, der weiter unten erläutert wird, entspricht  die Schaltung im wesentlichen der bekannten  Scherbiusscllaltung für über- und untersyn  chrone Drehzahlregelung.  



  Im erweiterten Regelbereich, z. B. voll  30% untersynchron bis 75 % untersynchron,  wird im Prinzip die Schaltung nach Fig. 3  hergestellt. Dabei liegen die Umschalter uI  uz u3s nach links, und der Reversierschalter r  ist nach unten gelegt. Somit ist die     Scherbius-          maschine    k an den Regelkontakt des Transfor  mators T angeschlossen, so dass ihre Spannung  einen regelbaren Bruchteil der Schleifringspan  nung des Vordermotors 3 beträgt; die Erreger  wicklung ist jetzt an der mittleren Anzapfung  des Transformators t' und die Wendewicklung w  an den Schleifringen des Vordermotors :1 an  geschlossen. Infolge des Scheinwiderstandes  der Drossel d     fliesst    in diesem Kreis im ganzen  erweiterten Regelbereich ein praktisch konstan-    ter Strom.

   Dies ist auch erwünscht, denn die  Wendepole sollen ja die im erweiterten Bereich  nahezu konstante Transformatorspannung et  kompensieren.  



  Im normalen Regelbereich     erhält    der Kreis  der     Wendewicklung    nahezu die gleiche Span  nung wie die     Erregerwicklung.    Bei     ungesättigter     Drossel     (l    ergibt sich dann in diesem Kreis ein  dem Schlupf proportionaler Strom. Erwünscht  wäre ein Strom, der dem Quadrat des Schlupfes  proportional ist; durch Sättigung der Drossel  spule     cl    lässt sich dies wenigstens angenähert  erreichen.  



  Der Transformator T lässt sich als Stufen  transformator oder als stufenloser Transforma  tor ausführen, je nachdem die Regelung in       Stufen    oder stufenlos verlangt wird. Sämtliche  Schaltorgane lassen sich in bekannter     W    eise  auf einem gemeinsamen Kontroller unter  bringen, so dass     dann    die ganze Regelung nur  durch Betätigung dieses Kontrollers bewirkt  werden kann. Auch eine Fernsteuerung, sei  es in Verbindung mit einem Kontroller oder  mit Schützen, ist möglich.  



  Es kann erwünscht sein, besonders in der  -Nähe des Synchronismus, den ohmschen     Wider-          stand    des Erregerkreises zu ändern, oder die  Phasenlage der Frequenzumformer-Spannung  zu beeinflussen; auch dies kann durch be  sondere Kontakte des Kontrollers bewirkt  werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur verlustlosen Drehzahlregelung voll Asynchroninotoren mit Scherbiushinter- maschine für Antriebe, deren Drehmoment mit der Drehzahl stark zunimmt, beispielsweise für Gebläse, insbesondere Windkanalgebläse, wobei der Regelbereich mit Hilfe eines zwischen Vordermotor und Hintermaschine liegenden Regeltransformators (sog.
    Läuferkreistransfor mators) erweitert wird, dadurch gekennzeich net, dass im erweiterten Regelbereich der magnetische Fluss der Scherbiusmaschine der -tut in Abhängigkeit von der Schlupffrequenz geregelt wird, dass das Produkt aus Magnet fluss und Schlupffrequenz und somit auch die Transformatorspannung zwischen den unter den Bürsten liegenden Kollektorlamellen prak tisch konstant bleibt und mindestens ange nähert gleich ihrem zulässigen Grenzwert ist. UNTERANSPRÜCHE: 1.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im erweiterten Regel bereich die Erregerwicklung der Scherbius- maschine von einer festen Anzapfung eines Hilfstransformators (t') gespeist wird, der primärseitig die Differenz der Schleifring spannung des Vordermotors und der Klemmen spannung der Scherbiusmaschine überbrückt. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im erweiterten Regelbe reich die Wendewicklung zur Kompensation der Transformatorspannung über eineVorschalt- drosselspule von den Schleifringen des Vorder motors gespeist wird.
CH229943D 1942-07-10 1942-07-10 Verfahren zur Drehzahlregelung von Asynchronmotoren mit ständererregter Kollektorhintermaschine, Bauart Scherbius. CH229943A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1052175B (de) * 1951-09-24 1959-03-05 Power Jets Res & Dev Ltd Verbrennungseinrichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1052175B (de) * 1951-09-24 1959-03-05 Power Jets Res & Dev Ltd Verbrennungseinrichtung

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