CH352738A - Method for controlling a polyphase asynchronous machine using a commutator rear machine - Google Patents

Method for controlling a polyphase asynchronous machine using a commutator rear machine

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CH352738A
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machine
asynchronous machine
excitation
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German (de)
Inventor
Paul Dr Ing Rauhut
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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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load

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

Description

  

  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.).



  Method for regulating a polyphase asynchronous machine by means of a commutator rear machine Control sets with asynchronous machines and commutator rear machines are known, the excitation of which is controlled by high-speed regulators. In these be the quick regulator act a mechanical adjustment of machines or machine parts, z. B. of induction regulators. However, this mechanical adjustment requires overcoming static and dynamic resistances, which means that there are limits to the accuracy and speed of regulation.



  Fig. 1 of the drawing shows a known arrangement of the type mentioned with double induction regulators. The special case of a converter for elastic network coupling is shown here. The asynchronous machine A is connected to the three-phase industrial network RST and the synchronous machine S is connected to the single-phase rail network <I> UV </I>.

   A stator-excited commutator machine <I> Sch </I> of the Scherbius or Lydall type serves as the rear machine to the asynchronous machine A. The excitation of the Scherbius machine must take place with slip frequency, which the frequency converter F is used to generate. If this is designed with a compensation winding, it only needs to be supplied with the magnetizing current from the R.ST network to be excited.

   Secondly, it supplies the slip-frequency excitation for the Scherbius machine Sch. If their demand for excitation power is too great, one or more three-phase excitation machines E can be interposed. A series resistor R ensures that the excitation current I ″ of the excitation machine E remains at least approximately proportional to the voltage Uf of the frequency converter.

   Likewise, the series excitation winding C can provide at least an approximate proportionality between the excitation current 1e of the excitation machine E and the excitation current 1 of the Scherbius machine <I> Sch </I>. The voltage of the frequency converter F can be controlled by adjusting the induction regulators D and Du connected upstream. These can be carried out with before part as a double induction regulator, the resulting voltages are electrically mutually perpendicular to each other.

   The phase position of the frequency converter F can be set in such a way that the double induction controller D, practically only acts on the active power of the asynchronous machine and the double induction controller Db practically only acts on the reactive power. The adjustment of the double induction regulator is controlled by fast regulators. Such arrangements have proven to be excellent and have become the standard design.

   In certain cases, however, the adjustment of the double induction regulator is too slow. In addition, there are interfering elements in the circuit, which mean that the adjustment of a double induction controller not only influences the associated controlled variable (e.g. the active power) but also - to a lesser extent, of course - the other controlled variable (mentioned Example the reactive power). These interfering elements cause an inaccuracy of the regulation and bring a certain instability in the control system.



  The invention now relates to a method for regulating a polyphase asynchronous machine by a commutator rear machine according to a law that is prescribed to a measurable operating variable of the asynchronous machine, the disadvantages of the previous arrangements mentioned being to be avoided, that is to say without the Static or dynamic resistances of the control element or the mutual influence of the control loops have a disruptive effect.

   According to the invention, this is achieved in that: ss the excitation of the commutator rear machine is influenced without intervention of a controller depending on the operating variable concerned in such a way that the desired law is approximately fulfilled and that only the deviation is due to the high-speed controller of the actual value is compensated by the setpoint.



  With this new method, the control of the asynchronous machine is significantly improved, for the following reason: Even without intervening in the controller, the required law is approximately met by the excitation of the commutator rear machine is inevitably controlled, z. B. after a calculated or by measurement adjustable course as a function of the slip. In the case of regular regularity, the control can also take place as a function of time according to an adjustable program.

   Now this control alone may not be sufficiently precise; Perhaps there are also controllers that have different tasks but interfere with one another through mutual interference. The latter can be the case when regulating the asynchronous machine to active or reactive power, since the regulating organs that are intended to act on one of these variables often also change the other to a certain extent. One reason for this can be the deviation from the proportionality and phase correspondence of currents and voltages in the excitation circuit caused by disturbance variables.

   Since the fast regulators only have the task of regulating relatively small deviations of the actual value from the nominal value, if necessary, they can fulfill this task much easier, faster and more perfectly. In addition, relieving the high-speed regulators from a large part of the control work reduces the size and makes it cheaper.



  These advantages come into play particularly when the rear commutator machine with stator excitation is designed as a so-called Scherbius machine or Lydall machine. Your arousal can be related in shunt.

   However, the excitation circuit then leads to a slip frequency, which means that the regulation is associated with difficulties. If control organs are to be used, the excitation is usually obtained from the primary network, whereby the frequency is converted into slip frequency in a frequency converter and the excitation power it delivers is fed to the excitation winding of the commutator rear machine, if necessary with an interposed one multi-phase exciter;

   It is advantageous to arrange the regulating organs in front of the frequency converter, i.e. in the circuit that carries the frequency of the primary network. In a particularly advantageous manner, the concept of the invention can be realized by not connecting the frequency converter directly or indirectly to the primary network, but rather feeding it via a synchronous generator that is in synchronism with the network, e.g.

   B. as part of a synchronous-synchronous converter. The generator of the synchronous-synchronous converter can expediently be excited with two mutually perpendicular components, one of which at least approximately influences the active current or the slip or the speed of the asynchronous machine, and the other component at least approximately the reactive current or the power factor of the asynchronous machine. This is because it is possible in a relatively simple manner to achieve the excitation of this exciter generator according to the concept of the invention, since its circuits carry direct current.

   The direct current allows the use of simple control elements and a superposition of excitation currents in the same windings. In this case, the excitation of the exciter generator is appropriately divided into a basic part and an additional part. The basic excitation is controlled in such a way that the asynchronous machine approximately follows the desired law, while the additional excitation is controlled by fast regulators in such a way that the deviations of the controlled variable of the asynchronous machine from the setpoint are compensated. Since the high-speed regulator in this case must act on direct current leading circuits, fast-acting control elements can be used in the additional excitation, z. B. such electronic cal type, tubes, magnetic amplifiers or the like chen.

   As a result, control processes can also be carried out for which extremely high speed and accuracy are required. The exciter generator mentioned, which is in synchronism with the network, can also be divided into two or more generators, each of which contributes an excitation component for the commutator rear machine with the appropriate phase position. If two such generators are used, the electrical axes of which are perpendicular to one another, one generator can be used to regulate the active current, the other to regulate the reactive current of the asynchronous machine.

   In Fig. 2 an exemplary embodiment of such a system operating according to the fiction, according to the method, is illustrated. Here, A again means the asynchronous machine connected to the network RST, which is mechanically coupled to a Scherbius machine <I> Sch </I> and a frequency converter F, while E represents the excitation machine for the Scherbius machine. What is left open is what happens to the mechanical performance of the asynchronous machine.

   The frequency converter F is excited here by two synchronous generators G1 and G ″ whose electrical axes are perpendicular to one another and whose stator windings are connected in series. The condition is that both exciter generators are in synchronism with the network RST, which is here is accomplished by driving a synchronous motor M.

   In this example it is assumed that the active power and the reactive power of the asynchronous machine A are to be regulated, let's say initially to constant, adjustable values. The excitation current of the Scherbius machine <I> Sch </I> will then have to vary depending on the size of the slip s of the asynchronous machine. The terminal voltage U on the slip rings of the frequency converter F will have to vary accordingly.

   This terminal voltage can be broken down into two electrically perpendicular components which, in addition to the slip, also depend on the following two variables, one on the active power of the asynchronous machine, the other on its reactive power.

   These relationships can be seen from FIGS. 3 and 4, where the curves show the course of the two components Uf. (dependent on active power) and U "(dependent on reactive power) represent the slip ring voltage of the frequency converter as a function of the slip s, for three different values of the active power of the asynchronous machine, namely curve <I> a </I> for idling, curve <I> b </I> for motorized half load, curve c for motorized full load while keeping the reactive power constant = 0.

   In FIGS. 3 and 4, the right of the ordinate axis is subsynchronous operation and the left of it is oversynchronous operation. The component Ufr, (Fig. 3) changes greatly with the slip; When the active power changes, the Ufn <I> (s) </I> characteristic is shifted roughly in parallel. The component Uf, (Fig. 4) changes little with the slip; the characteristic Uf "<I> (s) </I> depends only slightly on the change in the active power.

   Let us assume that the asynchronous machine A should run with full motor load every time it slips. The basic excitation will then be set up in such a way that it runs according to curves c in FIGS. The component Uff, may be introduced by the exciter G., and the component L1 "by the exciter G1.

   The specification of the excitation should necessarily take place for the slip. For this purpose, the tachometer dynamos T1 and T2 are coupled to the asynchronous machine A and the exciter group (motor M). The voltage difference between T1 and T2 is proportional to the slip.

   This differential voltage acts on the regulating elements R1 and R., for example via tubes, thyratrones or transducers, in such a way that the law described by curves C in FIGS. 3 and 4 is fulfilled. Since the correct current of the asynchronous machine is not always achieved with this basic excitation (e.g. the armature feedback in the synchronous generators G1 and G,), an additional excitation is provided which is controlled by high-speed regulators.

   As a result, the active and reactive power of the asynchronous machine are regulated to the correct term, including for supplying the high-speed regulator z. B. the current transformer Wi and the voltage transformer W "can be used. These fast regulators act via regulating organs that can be constructed similarly to the basic excitation. Rapid regulators and regulating organs are indicated by R3 and R4. The regulating organs for basic and additional excitation can act on the field windings of the generators G1 and G2 in series or in parallel as required.

      If a different real power is required on the asynchronous machine, the characteristic Ufp <I> (s) </I> (Fig. 3) can be shifted parallel to itself, e.g. B. by superimposing a constant pathogen component of the appropriate size and direction. Errors that arise because the individual characteristics according to FIG. 3 do not run exactly parallel to one another and that the characteristics Ufn according to FIG. 4 also do not remain unchanged, can be compensated for by the fast regulator.

    You can proceed in a similar way to changing the set active power when changing the set reactive power. The possibility of setting the active and reactive power as desired means that one is now also able to apply a selectable law to these variables, which can be superimposed on the regulation described. As this law one can z. B. prescribe a function according to which the active or reactive power should run, such as a dependency on a mains voltage or a speed or any operating variable of an arbitrary nature, the nature of which may be electrical or not.

   Basic excitation is provided in accordance with this law; the fast regulators control the additional excitation in such a way that the actual value corresponds to the setpoint and thus complies with the law.



  If the asynchronous machine is coupled to a flywheel and is used for power buffering, and if, in addition, a periodically changing load is required on the shaft, the mean value of which one does not know in advance or cannot or does not want to determine precisely, then one can proceed as follows: d'asserting one or more load games to be carried out and the mean value to be calculated on the basis of these. This mean is prescribed as the law chosen. If the mean value changes during operation, it can be corrected accordingly.

   If a periodically recurring load cycle occurs, a program for the timing of the excitation can also be set up for the basic excitation; you can then control the basic excitation according to this program depending on the time course.



  The method according to the invention can be used in particular for converters for elastic Netzkupp ment, for asynchronous machines that are coupled as the sole Ma machine with a flywheel for power buffering in a network in order to reduce the fluctuations in power or frequency in this network (z. B . In a rolling mill) are used and used for converters with a flywheel, e.g.

   B. as an Ilgner converter or as a converter to feed the magnetic excitation of an electrical accelerator (synchrotron, etc.).

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Regelung einer mehrphasigen Asynchronmaschine durch eine Kommutator-Hinter- maschine nach einem Gesetz, das einer messbaren Betriebsgrösse der Asynchronmaschine vorgeschrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung der Kommutator-Hintermaschine zunächst ohne Eingreifen eines Reglers in Abhängigkeit von der betreffenden Betriebsgrösse derart beeinflusst wird, dass das ge nannte Gesetz annähernd erfüllt wird, PATENT CLAIM Method for regulating a multiphase asynchronous machine by a commutator rear machine according to a law that is prescribed for a measurable operating variable of the asynchronous machine, characterized in that the excitation of the commutator rear machine is initially influenced in this way without intervention by a controller depending on the operating variable concerned that the law mentioned is approximately fulfilled, und dass durch Schnellregler nur noch die Abweichung des Istwertes vom Sollwert ausgeglichen wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, d'ass als Kommutator-Hintermaschine eine solche in ständererregterBauart verwendet wird, beispielsweise als Scherbiusmaschine oder als Lydall- maschine, die über eine Dreiphasen-Erregermaschine von einem Frequenzumformer erregt wird, and that the fast controller only compensates for the deviation of the actual value from the setpoint. SUBClaims 1. The method according to claim, characterized in that the commutator rear machine is a stator-excited design, for example as a Scherbius machine or as a Lydall machine that is excited by a frequency converter via a three-phase exciter, der die Netzfrequenz in Schlupffrequenzumwandelt. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Frequenzumformer über einen Generator eines Synchron-Synchron-Umformers ge- speist wird, der sich im Gleichlauf mit dem Netz be findet und von zwei elektrisch aufeinander senkrecht stehenden Komponenten erregt wird, wobei die eine Komponente wenigstens annähernd den Wirkstrom bzw. den Schlupf bzw. die Drehzahl der Asynchron maschine beeinflusst, und die andere Komponente wenigstens annähernd den Blindstrom bzw, den Lei stungsfaktor der Asynchronmaschine. 3. which converts the mains frequency into slip frequency. 2. The method according to dependent claim 1, characterized in that the frequency converter is fed via a generator of a synchronous-synchronous converter which is in synchronicity with the network and is excited by two electrically perpendicular components, the one component at least approximately influences the active current or the slip or the speed of the asynchronous machine, and the other component at least approximately influences the reactive current or the power factor of the asynchronous machine. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Erregung des Erregergenerators in eine Grunderregung und eine Zusatzerregung auf geteilt wird, wobei die Grunderregung so gesteuert wird, dass der Statorstrom der Asynchronmaschine annähernd dem gewünschten Gesetz folgt, und die Zusatzerregung durch Schnellregler so gesteuert wird, dass die Abweichungen des Stromes der Asynchron maschine vom Sollwert ausgeglichen werden. 4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schnellregler auf die Zusatz erregung durch elektronische Mittel einwirken. 5. Method according to dependent claim 2, characterized in that the excitation of the exciter generator is divided into a basic excitation and an additional excitation, the basic excitation being controlled so that the stator current of the asynchronous machine approximately follows the desired law, and the additional excitation is controlled by fast regulators that the deviations of the current of the asynchronous machine from the setpoint are compensated. 4. The method according to dependent claim 3, characterized in that the rapid regulator act on the additional excitation by electronic means. 5. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass zwei Generatoren mit aufeinander senkrecht stehenden Phasenlagen verwendet werden, wovon der eine eine Grunderregung und der andere eine Zusatzerregung für die Kommutator-Hinter- maschine liefert. 6. Method according to dependent claim 2, characterized in that two generators with mutually perpendicular phase positions are used, one of which supplies a basic excitation and the other an additional excitation for the commutator rear machine. 6th Verfahren nach Patentanspruch zur Regelung einer mehrphasigen Asynchronmaschine eines Um formers zur elastischen Netzkupplung, wobei die Asynchronmaschine an einem dreiphasigen Industrie netz und die mit ihr gekuppelte Synchronmaschine an einem einphasigen Bahnnetz liegt, dadurch ge kennzeichnet, dass als variable Betriebsgrösse der Schlupf zwischen beiden Netzen dient und in Funktion des Schlupfes die Asynchronmaschine auf einen ge- wünschten Wert der Wirk- und der Blindleistung der Asynchronmaschine durch Vorgabe einer entspre chenden Grunderregung für die Kommutator-Hinter- maschine gesteuert wird. 7. A method according to claim for controlling a multiphase asynchronous machine of a converter for elastic network coupling, the asynchronous machine being connected to a three-phase industrial network and the synchronous machine coupled to it being connected to a single-phase railway network, characterized in that the slip between the two networks is used as a variable operating variable and as a function of the slip, the asynchronous machine is controlled to a desired value of the active and reactive power of the asynchronous machine by specifying a corresponding basic excitation for the commutator rear machine. 7th Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, d'ass Wirk- und Blindleistung der Asyn- chronmaschine des Netzkupplungsumformers auf einem wählbaren Wert konstant gehalten werden. B. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass Wirk- und Blindleistung der Asyn- chronmaschine des Netzkupplungsumformers derart geregelt werden, dass sie nach vorgewählten Funktio nen, verlaufen, so dass sie in Abhängigkeit von irgendeiner Betriebsgrösse der Anlage stehen. 9. Method according to dependent claim 6, characterized in that the active and reactive power of the asynchronous machine of the network coupling converter are kept constant at a selectable value. B. The method according to dependent claim 6, characterized in that the active and reactive power of the asynchronous machine of the network coupling converter are regulated in such a way that they run according to pre-selected functions, so that they are dependent on any operational size of the system. 9. Verfahren nach Patentanspruch, wobei die Asynchronmaschine mit einem Schwungrad und einer Arbeitsmaschine gekuppelt ist und die Drehzahl der Asynchronmaschine über die Kommutator-Hinter- maschine derart geregelt wird, dass die Leistungs schwankungen der Arbeitsmaschine vom Netz min destens annähernd ferngehalten werden, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wirk- und Blindleistungsauf- nahme der Asynchronmaschine unabhängig von den Lastschwankungen der mit ihr gekuppelten Maschine mindestens annähernd konstant gehalten wird. 10. Method according to patent claim, wherein the asynchronous machine is coupled to a flywheel and a work machine and the speed of the asynchronous machine is controlled via the commutator rear machine in such a way that the power fluctuations of the work machine are kept at least approximately away from the network, characterized in that the active and reactive power consumption of the asynchronous machine is kept at least approximately constant regardless of the load fluctuations of the machine coupled to it. 10. Verfahren nach Unteranspruch 3, wobei die Asynchronmaschine mit einem Schwungrad und einer elektrischen Maschine gekuppelt ist, dadurch ge kennzeichnet, dass die Grunderregung des Erreger- generators in Abhängigkeit vom Schlupf bzw. Method according to dependent claim 3, wherein the asynchronous machine is coupled to a flywheel and an electrical machine, characterized in that the basic excitation of the exciter generator is dependent on the slip or vom Drehzahlabfall der Asynchronmaschine derart ge steuert wird, dass Wirk- und Blindleistung der Asyn- chronmaschine annähernd konstant bleiben, und die Zusatzerregung des Erregergenerators über Schnell regler derart gesteuert wird, dass die Abweichungen der Wirk- und Blindleistung der Asynchronmaschine von einem konstanten Sollwert aus ausgeregelt werden. 11. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des vorgeschrie benen Gesetzes für die Wirk- oder die Blindleistung der Asynchronmaschine durch entsprechende Ver stellung der Grunderregung erregt wird. 12. is controlled by the drop in speed of the asynchronous machine in such a way that the active and reactive power of the asynchronous machine remain approximately constant, and the additional excitation of the exciter generator is controlled via fast regulators in such a way that the deviations in the active and reactive power of the asynchronous machine are regulated from a constant setpoint will. 11. The method according to dependent claim 3, characterized in that the change in the prescribed law for the active or reactive power of the asynchronous machine is excited by appropriate adjustment of the basic excitation. 12. Verfahren nach Patentanspruch, wobei ein Schwungrad mit der Asynchronmaschine gekuppelt ist und die Belastung nach einem periodischen Ge setz abläuft, dadurch gekennzeichnet, dass für ein oder mehrere Belastungsspiele ein Leistungsmittelwert gebildet wird, der dann als vorgeschriebenes Gesetz zur Einstellung der Leistung herangezogen wird. 13. Verfahren nach Unteransprüchen 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Grunderregung in Abhängigkeit von der Zeit nach einem Programm gesteuert wird. Method according to patent claim, wherein a flywheel is coupled to the asynchronous machine and the load runs according to a periodic law, characterized in that an average power value is formed for one or more load cycles, which is then used as a prescribed law for setting the power. 13. The method according to dependent claims 3 and 12, characterized in that the basic excitation is controlled as a function of the time according to a program.
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