Verfahren zur Regelung einer mehrphasigen Asynchromnaschine durch eine Kommutator-Hintermaschine Bekannt sind Regelsätze mit Asynchronmaschinen und Kommutator-Hintermaschinen, deren Erregung durch Schnellregler gesteuert wird. Bei diesen be wirken die Schnellregler eine mechanische Verstellung von Maschinen oder Maschinenteilen, z. B. von In duktionsreglern. Diese mechanische Verstellung be darf aber der Überwindung von statischen und dy namischen Widerständen, wodurch für die Genauigkeit und Schnelligkeit der Regelung Grenzen gesetzt sind.
Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine bekannte An ordnung der erwähnten Art mit Doppel-Induktions- reglern. Es ist hier der Spezialfall eines Umformers für elastische Netzkupplung gezeigt. Am dreiphasigen Industrienetz RST liegt die Asynchronmaschine A und am einphasigen Bahnnetz<I>UV</I> die Synchron maschine S.
Als Hintermaschine zur Asynchron maschine A dient eine statorerregte Kommutator- maschine <I>Sch</I> vom Typ Scherbius oder Lydall. Die Erregung der Scherbiusmaschine muss mit Schlupf frequenz erfolgen, zu deren Erzeugung der Fre- quenzumformer F dient. Wird dieser mit Kompen sationswicklung ausgeführt, so braucht ihm zu seiner Erregung nur der Magnetisierungsstrom aus dem Netz R.ST zugeführt zu werden.
Sekundär liefert er die schlupffrequente Erregung für die Scherbiusmaschine Sch. Ist deren Bedarf an Erregerleistung zu gross, so können eine oder mehr dreiphasige Erregermaschi nen E zwischengeschaltet werden. Durch einen Vor schaltwiderstand R sorgt man dafür, dass der Erreger strom I" der Erregermaschine E zur Spannung Uf des Frequenzumformers wenigstens annähernd pro portional bleibt.
Desgleichen kann man durch die Reihenschluss-Erregerwicklung C für wenigstens an genäherte Proportionalität zwischen dem Erreger strom 1e der Erregermaschine E und dem Erreger strom 1 der Scherbiusmaschine <I>Sch</I> sorgen. Die Steue- rung der Spannung des Frequenzumformers F kann durch Verstellung der vorgeschalteten Induktions regler D , und Du erfolgen. Diese können mit Vor teil als Doppel-Induktionsregler ausgeführt sein, deren resultierende Spannungen elektrisch aufein ander senkrecht stehen.
Man kann die Phasenlage des Frequenzumformers F derart einstellen, dass der Doppel-Induktionsregler D, praktisch nur auf die Wirkleistung der Asynchronmaschine einwirkt und der Doppel-Induktionsregler Db praktisch nur auf die Blindleistung. Die Verstellung der Doppel-Ir < duktions- regler wird durch Schnellregler gesteuert. Derartige Anordnungen haben sich ausgezeichnet bewährt und sind zur Standard-Ausführung geworden.
In ge wissen Fällen ist aber die Verstellung der Doppel- Induktionsregler zu träge. Ausserdem bestehen in. der Schaltung Störglieder, die zur Folge haben, dass die Verstellung eines Doppel-Induktionsreglers nicht nur die zugehörige Regelgrösse (z. B. die Wirkleistung) beeinflusst, sondern - natürlich in untergeordnetem- Masse - auch die andere Regelgrösse (im genannten Beispiel die Blindleistung). Diese Störglieder be wirken eine Ungenauigkeit der Regelung und bringen eine gewisse Instabilität in das, Regelsystem.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Regelung einer mehrphasigen Asynchronmaschine durch eine Kommutator-Hintermaschine nach einem Gesetz, das einer messbaren Betriebsgrösse der Asyn- chronmaschine vorgeschrieben wird, wobei die ge nannten Nachteile der bisherigen Anordnungen ver mieden werden sollen, das heisst ohne dass die stati schen oder dynamischen Widerstände desl Steuerorgans oder die gegenseitige Beeinflussung der Regelkreise eine störende Wirkung haben.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, da:ss die Erregung der Kommutator-Hintermaschine ohne Eingreifen eines Reglers in Abhängigkeit von der betreffenden Be triebsgrösse derart beeinflusst wird, d'ass das ge wünschte Gesetz annähernd erfüllt wird und dass durch Schnellregler nur noch die Abweichung des Istwertes vom Sollwert ausgeglichen wird.
Durch dieses neue Verfahren wird die Regelung der Asynchronmaschine wesentlich vervollkommnet, und zwar aus folgendem Grunde: Bereits ohne Ein greifen der Regler wird die geforderte Gesetzmässig keit annähernd erfüllt, indem die Erregung der Kommutator-Hintermaschine zwangläufig gesteuert wird, z. B. nach einem gerechneten oder durch Mes sung einstellbaren Verlauf in Funktion des Schlupfes. Bei periodisch gleichlaufender Gesetzmässigkeit kann die Steuerung auch in Funktion der Zeit nach einem einstellbaren Programm erfolgen.
Nun ist diese Steue rung allein vielleicht nicht genügend genau; vielleicht sind auch Regler vorhanden, die verschiedenerlei Auf gabe haben, aber sich durch gegenseitige Beeinflus sung stören. Letzteres kann bei Regelung der Asyn- chronmaschine auf Wirk- bzw. Blindleistung der Fall sein, da die Regelorgane, die auf eine dieser Grössen einwirken sollen, oft in gewissem Masse auch die andere ändern. Ein Grund dafür kann die Ab weichung von der Proportionalität und Phasenüber einstimmung von Strömen und Spannungen im Er regerkreis verursacht durch Störgrössen sein.
Nachdem durch das erfindungsgemässe Verfahren den Schnell reglern nur mehr die Aufgabe verbleibt, gegebenen falls verhältnismässig geringe Abweichungen des Ist wertes vom Sollwert auszuregeln, können sie diese Aufgabe viel leichter, schneller und vollkommener erfüllen. Ausserdem bewirkt die Entlastung der Schnellregler von einem grossen Teil der Regelarbeit eine Verkleinerung und Verbilligung derselben.
Diese Vorteile kommen besonders dann zur Gel tung, wenn die Kommutator-Hintermaschine mit Ständererregung als sogenannte Scherbiusmaschine oder Lydallmaschine ausgeführt wird. Ihre Erregung kann im Nebenschluss bezogen werden.
Der Erreger kreis führt dann aber Schlupffrequenz, wodurch die Regelung mit Schwierigkeiten verbunden ist. Wenn Regelorgane verwendet werden sollen, pflegt man die Erregung aus dem Primärnetz zu beziehen, wobei die Frequenz in einem Frequenzumformer in Schlupf frequenz umgewandelt wird und die von ihm abge gebene Erregerleistung der Erregerwicklung der Kom- mutator-Hintermaschine zugeführt wird, gegebenen falls unter Zwischenschaltung einer mehrphasigen Erregermaschine;
die Regelorgane ordnet man mit Vorteil vor dem Frequenzumformer an, also in dem jenigen Stromkreis, der die Frequenz des Primär netzes führt. In besonders vorteilhafter Weise kann der Erfindungsgedanke d'ad'urch verwirklicht werden, dass man den Frequenzumformer nicht mittelbar oder unmittelbar mit dem Primärnetz verbindet, sondern über einen Synchron-Generator speist, der sich mit dem Netz in Gleichlauf befindet, z.
B. als Teil eines Synchron-Synchron-Umformers. Den Generator des Synchron-Synchron-Umformers kann man zweck- mässig mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Komponenten erregen, von denen die eine wenigstens annähernd den Wirkstrom bzw. den Schlupf bzw. die Drehzahl der Asynchronmaschine beeinflusst, und die andere Komponente wenigstens annähernd den Blindstrom bzw. den Leistungsfaktor der Asynchron maschine. Es ist nämlich auf verhältnismässig einfache Weise möglich, die Erregung dieses Erregergenerators nach dem Erfindungsgedanken zu bewerkstelligen, da ihre Stromkreise Gleichstrom führen.
Der Gleich strom erlaubt die Anwendung einfacher Regelorgane und eine Überlagerung von Erregerströmen in glei chen Wicklungen. Die Erregung des Erregergenerators wird in diesem Fall zweckmässig in einen Grund anteil und einen Zusatzanteil aufgeteilt. Die Grund erregung wird so gesteuert, dass die Asynchron maschine annähernd dem gewünschten Gesetz folgt, während die Zusatzerregung durch Schnellregler so gesteuert wird, dass die Abweichungen der gesteuerten Grösse der Asynchronmaschine vom Sollwert aus geglichen werden. Da die Schnellregler in diesem Fall auf Gleichstrom führende Kreise einwirken müs sen, können in der Zusatzerregung schnellwirkende Regelorgane eingesetzt werden, z. B. solche elektroni scher Art, Röhren, Magnetverstärker oder derglei chen.
Dadurch können auch Regelvorgänge ausge führt werden, für die eine ausserordentlich hohe Schnelligkeit und Genauigkeit verlangt wird. Der ge nannte Erregergenerator, der sich mit dem Netz in Gleichlauf befindet, kann auch in zwei oder mehr Generatoren aufgeteilt werden, von denen jeder bei entsprechender Phasenlage eine Erregungskompo nente für die Kommutator-Hintermaschine beisteuert. Werden zwei solche Generatoren verwendet, deren elek trische Achsen aufeinander senkrecht stehen, kann der eine Generator zur Regelung des Wirkstromes, der andere zur Regelung des Blindstromes der Asyn- chronmaschine benutzt werden.
In Fig. 2 ist ein Aus führungsbeispiel einer solchen nach dem erfindungs gemässen Verfahren arbeitenden Anlage veranschau licht. Hierin bedeutet A wieder die an das Netz RST angeschlossene Asynchronmaschine, die mit einer Scherbiusmaschine <I>Sch</I> und einem Frequenzumformer F mechanisch gekuppelt ist, während E die Erreger maschine für die Scherbiusmaschine darstellt. Offen gelassen ist, was mit der mechanischen Leistung der Asynchronmaschine geschieht.
Die Erregung des Fre- quenzumformers F erfolgt hier von zwei Synchron generatoren G1 und G" deren elektrische Achsen aufeinander senkrecht stehen und deren Statorwick- Iungen in Serie geschaltet sind. Bedingung ist, dass beide Erregergeneratoren sich mit dem Netz RST in Gleichlauf befinden, was hier durch Antrieb über einen Synchronmotor M bewerkstelligt wird.
In die sem Beispiel ist angenommen, dass die Wirkleistung und die Blindleistung der Asynchronmaschine A ge regelt werden sollen, sagen wir zunächst auf kon stante, einstellbare Werte. Der Erregerstrom der Scherbiusmaschine <I>Sch</I> wird dann je nach der Grösse des Schlupfes s der Asynchronmaschine variieren müssen. Dementsprechend wird auch die Klemmen spannung U, an den Schleifringen des Frequenz umformers F variieren müssen.
Diese Klemmen spannung kann in zwei elektrisch aufeinander senk recht stehende Komponenten zerlegt werden, die ausser vom Schlupf noch von folgenden zwei Grö ssen abhängen, die eine von der Wirkleistung der Asynchronmaschine, die andere von deren Blind leistung.
Diese Zusammenhänge sind aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, wo die Kurven den Verlauf der beiden Komponenten Uf. (von Wirkleistung abhängig) und U", (von der Blindleistung abhängig) der Schleifring- spannung des Frequenzumformers als Funktion des Schlupfes s darstellen, und zwar für drei verschie dene Werte der Wirkleistung der Asynchronmaschine, nämlich Kurve<I>a</I> für Leerlauf, Kurve<I>b</I> für motorische Halblast, Kurve c für motorische Vollast unter Kon- stanthaltung der Blindleistung = 0.
In den Fig. 3 und 4 handelt es sich rechts von der Ordinatenachse um untersynchronen Betrieb und links davon um übersynchronen Betrieb. Die Komponente Ufr, (Fig. 3) ändert sich stark mit dem Schlupf; bei Verände rung der Wirkleistung wird die Charakteristik Ufn <I>(s)</I> etwa parallel verschoben. Die Komponente Uf, (Fig. 4) ändert sich wenig mit dem Schlupf; die Cha rakteristik Uf" <I>(s)</I> hängt von der Veränderung der Wirkleistung nur wenig ab.
Nehmen wir an, dass die Asynchronmaschine A bei jedem Schlupf mit motori scher Vollast laufen soll. Dann wird man die Grund- erregung so einrichten, dass sie gemäss den Kurven c der Fig.3 und 4 verläuft. Die Komponente Uff, möge durch die Erregermaschine G., und die Kom ponente L1" durch die Erregermaschine G1 eingeführt werden.
Die Vorgabe der Erregung soll zwangläufig zum Schlupf .s erfolgen. Zu diesem Zweck sind mit der Asynchronmaschine A und der Erregergruppe (Motor M) die Tachometerdynamos T1 und T2 ge kuppelt. Die Spannungsdifferenz von T1 und T2 ist dem Schlupf proportional.
Diese Differenzspannung wirkt auf die Regelorgane R1 und R., beispielsweise über Röhren, Thyratrons oder Transd'uktoren derart ein, dass das Gesetz, das die Kurven C der Fig. 3 und 4 beschreiben, erfüllt wird. Da immerhin durch diese Grunderregung der richtige Strom der Asyn- chronmaschine nicht immer erreicht wird (störend wirken z. B. auch die Ankerrückwirkungen in den Synchrongeneratoren G1 und G,), ist noch eine Zusatzerregung vorgesehen, die durch Schnellregler gesteuert wird.
Dadurch werden die Wirk- und die Blindleistung der Asynchronmaschine auf den rich tigen Wert ausgeregelt, wozu für die Speisung der Schnellregler z. B. der Stromwandler Wi und der Spannungswandler W" benutzt werden. Diese Schnell regler wirken über Regelorgane, die ähnlich wie für die Grunderregung aufgebaut sein können. Schnell regler und Regelorgane sind durch R3 und R4 ange deutet. Die Regelorgane für Grund- und Zusatzerre gung können je nach Bedarf in Serien- oder in Parallelschaltung auf die Feldwicklungen der Gene ratoren G1 und G2 einwirken.
Wenn eine andere Wirkleistung an der Asynchron maschine verlangt wird, kann man die Charakteristik Ufp <I>(s)</I> (Fig. 3) parallel zu sich selbst verschieben, z. B. durch Überlagerung einer konstanten Erreger komponente von entsprechender Grösse und Rich tung. Fehler, die dadurch entstehen, dass die ein zelnen Charakteristiken nach Fig. 3 nicht genau par allel zueinander verlaufen und dass auch die Charak teristik Ufn nach Fig. 4 nicht unverändert bleibt, kön nen durch die Schnellregler ausgeglichen werden.
In ähnlicher Weise wie bei Veränderung der einge stellten Wirkleistung kann man auch bei Verände rung der eingestellten Blindleistung vorgehen. Durch die Möglichkeit, die Wirk- und Blindleistung nach Belieben einzustellen, ist man nun auch in die Lage versetzt, diesen Grössen ein wählbares Gesetz aufzu drücken, das der beschriebenen Regelung überlagert werden kann. Als dieses Gesetz kann man z. B. eine Funktion vorschreiben, nach der die Wirk- bzw. die Blindleistung ablaufen soll, etwa eine Abhängigkeit von einer Netzspannung oder einer Drehzahl oder irgendeiner Betriebsgrösse willkürlicher Art, deren Natur elektrisch sein kann oder nicht.
Entsprechend diesem Gesetz wird die Grunderregung vorgesehen; die Schnellregler kontrollieren die Zusatzerregung derart, dass der Istwert dem Sollwert entspricht und dadurch das Gesetz einhält.
Wenn die Asynchronmaschine mit einem Schwung rad gekuppelt ist und zur Leistungspufferung heran gezogen wird, und wenn ausserdem an der Welle eine periodisch wechselnde Belastung verlangt wird, deren Mittelwert man von vornherein nicht kennt oder nicht genau bestimmen kann oder will, so kann man so vorgehen, d'ass man ein oder mehrere Belastungs spiele durchführt und auf Grund derselben den Lei stungsmittelwert bildet. Diesen Mittelwert schreibt man als das gewählte Gesetz vor. Ändert sich der Mittelwert während des Betriebes, so kann er ent sprechend korrigiert werden.
Wenn ein periodisch sich wiederholendes Belastungsspiel vorkommt, kann für die Grunderregung auch ein Programm für den zeitlichen Ablauf der Erregung aufgestellt werden; man kann dann die Grunderregung nach diesem Programm in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf steuern.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann insbe sondere für Umformer zur elastischen Netzkupp lung, für Asynchronmaschinen, die als alleinige Ma schine gekuppelt mit einem Schwungrad zur Lei- stungspufferung in einem Netz zwecks Verringerung der Schwankungen von Leistung bzw. Frequenz in diesem Netz (z. B. in einem Walzwerk) dienen, verwendet werden und für Umformer mit einem Schwungrad, z.
B. als Ilgner-Umformer oder als Umformer zur Speisung der Magneterregung eines elektrischen Akzelerators (Synchroton usw.).