Kaskade, bestehend aus Iuduktionsvordermotor und Kommutatorhintermaschine. Soll durch die Kaskadenschaltung eines Induktionsvordermotors mit einer beispiels weise in bezug auf Ankerreaktanz kompen sierten Kommutatorhintermaschine gleichzeitig mit der Regelung der Tourenzahl der Lei stungsfaktor des Induktionsmotors verbessert, also dessen Magnetisierungsstrom teilweise oder ganz auf den Rotorkreis übernommen werden, so muss, insofern im letzteren keine andern elektromotorischen Kräfte auftreten, die Rotationsspannung der Kommutatorma schine gegenüber der Schlupfspannung des Induktionsmotors um einen stumpfen Winkel voreilen.
Die Rotationsspannung der Kommutator maschine wird durch Rotation ihres Rotors in ihrem Erregerfeld induziert. Das Erreger feld und die an den Klemmen der Erreger wicklung anzusetzende Spannung können je in zwei Komponenten zerlegt werden, deren eine derjenigen Komponente der Rotations spannung der Kommutatormaschine entspricht, die in Gegenphase mit der entsprechenden Schlupfspannung des Induktionsmotors ist, während die andere Komponente um 90 gegen letztere voreilt.
Ist nun die Streureak- tanz des Sekundärkreises der Kaskade ver- nachlässigbar, so bedingt die zweite Kom ponente ausschliesslich den Grad der beim Induktionsmotor erreichten Phasenkompensa tion; wird ausserdem die Kommutatormaschine mit konstanter Tourenzahl angetrieben und soll der auf den Sekundärkreis übernommene Magnetisierungsstrom des Induktionsmotors über den ganzen Regelbereich gleiche Grösse haben, so muss auch die genannte zweite Komponente des Erregerfeldes konstant sein. Bei vernachlässigbarem Widerstand der Er regerwicklung ist die entsprechende Kompo nente der Erregerspannung der Schlupffrequenz, also auch der Schleifringspannung des In duktionsmotors, proportional.
Wird die Erregerwicklung der Kommuta tormaschine in bekannter Weise (siehe DRP. 241188) von den Schleifringen und dem dazu in Reihe geschalteten Rotor einer besonderen Erregermaschine gespeist (Nebenschlusskas kade), so war bisher keine Schaltung be kannt, die ohne komplizierte Umschaltungen bei Durchgang durch Synchronismus sowohl in unter-, als auch in übersynehronem Ge biet die genannten beiden Komponenten der Erregerspannung lieferte. Es konnte wohl entweder nur im untersynchronen oder nur im übersynchronen Gebiet durch Phasenkom bination (siehe DRP. 193875) der Erreger wicklung der Kommutatorscheiben erreicht werden, dass das Feld und die Rotations spannung der Kommutatormaschine sowohl eine auf Regelung der Drehzahl, als auch eine auf Phasenkompensation des Induktions motors wirkende Komponente enthielt.
Nach Durchgang durch Synchronismus bekam aber, wenn dabei die Phasenfolge im Rotorkreis wechselte, die die Phasenkompensation be einflussende Komponente falsche Richtung, sie bewirkte eine Phasenverschlechterung des Hauptmotors, solange die Art der Phasen kombination nicht geändert wurde.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wirkt gemäss vorliegender Erfindung auf den Er regerkreis der Kommutatormaschine die Se kundärwicklung eines primär an die Schleif ringe des Induktionsmotors angeschlossenen Transformators, so dass die Transformator spannung den durch die Phasenkompensation bedingten Teil der induktiven Komponente der Erregerspannung mindestens teilweise deckt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 1. i ist der Induktionsmotor, des sen Stator an das Netz n angeschlossen ist. An seinen Schleifringen s ist die Kommuta tormaschine k mit der Kompensationswicklung c und dem Anker a angeschlossen. 1, 2, 3 bezeichnet die Phasenfolge bei untersynchro nem Lauf, 3, 2, 1 diejenige bei übersyn chronem Lauf. e ist die mit Phasenkombina tion ausgeführte Erregerwicklung der Kommu tatormaschine. Sie besteht aus sechs gleichen, mit gleicher Windungszahl N und in gleichem Sinne gewickelten Spulen; jeder Bürstenaxe entsprechen zwei Spulen, die jedoch in um gekehrtem Sinne an zwei Schleifringe s ange schlossen sind. Die Erregerwicklung ist unter Zwischenschaltung des Sekundärteiles eines Transformators t' an die Schleifringes ange schlossen, an denen auch die Primärwicklung dieses Transformators liegt.
Der Transformator t' ist primär in Dreieck, sekundär offen ge- schaltet. Anderseits ist die Erregerwicklung e an den Rotorkreis der Erregermaschine angeschlossen, der ausser der Ankerwicklung a' noch die Kompensationswicklung c' enthält. Die Erregerwicklung h' der Erregermaschine ist über einen Regulierwiderstand r' ebenfalls an die Schleifringe des Induktionsmotors an geschlossen. Eine zweite Erregerwicklung h" ist unter Zwischenschaltung eines konstanten Widerstandes r" an einen Frequenzumformer f angeschlossen, der über den Transformator t" vom Netz aus gespeist wird. Der Fre quenzumformer dient in bekannter Weise zum Durchschreiten des Synchronismus.
Der Induktionsmotor i sei nur mit dem Frequenzumformer f mechanisch gekuppelt. Die Maschinen k und g seien unabhängig davon mit konstanter Tourenzahl angetrieben.
Der Zusammenhang zwischen den einzelnen Spannungen und Strömen, soweit sie den Erfindungsgedanken betreffen, ist in dem Dia gramm Fig. 2 niedergelegt, das für einen Leerlauf der Kaskade gilt. Die eingetragene Drehrichtung der Zeitlinie entspricht der Phasenfolge für untersynchronen Lauf. Es ist OA die Schleifringspannung E' der Phase 1 des Induktionsmotors i, DA der ohm'sche Spannungsabfall i im Rotorkreis der Kommu tatormaschine k. Ist nun der induktive Abfall dieses Kreises vernachlässigbar, so muss DO die durch Rotation erzeugte elektromotorische Kraft i der Maschine k sein. Dabei ist so wohl für die Rotorströme I, als für die Er regerströme J und für die Spannungen die Richtung von Induktionsmotor i zum Anker oder zur Erregung der Kommutatormaschine k als positiv angenommen.
Das Erregerfeld der Kommutatormaschine k ist nach den drei Bürstenaxen zerlegt; der Drehsinn und der Wicklungssinn des Ankers seien derart, dass jedes der so erhaltenen Wechselfelder A A 0 die Phase der entsprechenden Rotations spannung bekomme, wenn man es nach dem in Fig. 1 eingetragenen radialen Pfeil positiv zählt. Bei dem in Fig. 1 angedeuteten Wick lungssinn sind die Ampèrewindungen zu i gleich<B>X</B> (J@-J:z), zu (h:: gleich<I>N</I> (-J:;--Ji), <I>zu</I> 0:; gleich AT (J1-2). Infolge geeigneter Wahl der Massstäbe erscheint in Fig. 2 die Strecke 0 als geometrische Summe der Strecken J2 und -J3.
Von den beiden durch den Strom J1 durchflossenen Spulen ist die erste den Maxwellwindungen A 3 und die zweite den Maxwellwindungen -N 0 ausge setzt; die Summe dieser Maxwellwindungen hat daher die Phase von J1; von m nach n muss also zur Erzeugung des Stromes J1 ein Potentialgefälle herrschen, welches bei ver- nachlässigbarem ohmschen Widerstand dem Strom J1 um 90 voreilt und durch OC ge geben ist.
Es bedeutet ferner wieder für Phase 1 AB die durch Rotation erzeugte elektromo torische Kraft ; der Maschine g (die aber auch um 180 gegen die gezeichnete Lage verschoben sein kann) und BC die sekundäre elektromotorische Kraft E des Transformators t'; die Summe der Spannungen OA, AB und BC ist gleich der zur Erregung des Erregerfeldes notwendigen Spannung OC. Schleifring spannung und Spannung der Erregermaschine decken die auf Regelung der Drehzahl wir kende Komponente der Erregerspannung OB, und die Sekundärspannung des Transformators die auf Phasenkompensation wirkende Kom ponente BC. Das ohmsche Gefälle von m nach n ist im Diagramm vernachlässigt; es kann aber auch neben der induktiven Spannung durch die Spannungen OA + AB + BC ge deckt werden, in welchem Fall der Winkel von OC mit J1 ein spitzer wird.
Das Nacheilen um 90 der Spannung E gegenüber der Spannung E ist nach Fig. 1 dadurch erreicht, dass erstere in Phase mit derjenigen primären elektromotorischen Kraft des Transformators t' ist, welche von q nach p wirkt, also mit dem Potentialgefälle von p nach q, d. h. mit E-E.
Bei übersynchronem Lauf des Induktions- rnotors ist die Drehrichtung der Zeitlinie ent gegengesetzt wie in Fig. 2 angegeben, in der ein Diagramm für übersynchronen Lauf bei gleicher Schlupfrequenz gestrichelteingetragen ist. OA ist wieder die Schleifringspannung des Induktionsmotors i, D'A ist der ohmsche Spannungsabfall im Rotorkreis der Kaskade bei einem Leerlauf, D'O ist die durch Rota tion zu erzeugende elektromotorische Kraft der Maschine k. ' ist das Erregerfeld und J'1, der Erregerstrom der Phase 1,; die induk tive Erregerspannung eilt dem Strom wieder um 90 vor und ist gegeben durch OC'. Die Spannung OC' wird gedeckt durch die Span nungen OB'= -OB und B'C'=BC. OB' ist die Summe aus Schleifringspannung OA. und Spannung AB' der Erregermaschine, wo bei AB'= -AB-2 ³ OA.
Hieraus folgt zu nächst, dass es zum Übergang auf den über synchronen Lauf genügt, den Anschluss der Wicklung h' an die Schleifringe s umzukehren und durch Änderung des Widerstandes r' die Spannung der Erregermaschine auf den rich tigen Betrag zu bringen. Dieselbe Erreger spannung an der Wicklung e und daher den selben Effekt kann man aber auch ohne Änderung an h' und r' erreichen, nämlich wenn man in jeder Phase Anfang des sekun dären Teils des Transformators t' und Ende der Erregerwicklung e vertauscht; in der Phase 1 wären somit Punkte l und n zu vertauschen, d. h.: nach Unterbrechung der Leitung einerseits zwischen l und l', ander seits zwischen n und n', wäre l' direkt an n anzuknüpfen und l direkt an n'. In der Tat ist dann jede Spannung noch gleich -AB + BC - OA = OB' + B'C'.
Durch Ändern der Übersetzung des Trans formators t' kann der Grad der Phasenkom pensation geändert werden.
Statt die Sekundärspannung des Trans formators t' unmittelbar auf den Erregerkreis der Kommutatormaschine wirken zu lassen, ist es auch möglich, diesen Transformator auf einen besondern Erregerkreis der Erreger maschine zu schalten. Um den mit der Schlupf frequenz wechselnden Einfluss der Reaktanz dieses Erregerkreises. zu unterdrücken; ist ein grosser, konstanter Widerstand vorzuschalten; da diese Bedingung für den vom Frequenz umformer f gespeisten Erregerkreis der Er regermaschine g erfüllt ist, kann die Sekun därwicklung des Transformators t' auch in diesen Kreis eingeschaltet werden. Wird bei dieser Schaltung bei Durchgang durch Syn- chronismus Anfang und Ende der Erreger wicklung der Kommutatormaschine vertauscht, so muss auch die Richtung der Sekundär spannung des Transformators t' umgekehrt werden.
Eine Vereinfachung ergibt sich, wenn man die einzelnen Erregerströme J1, J2, J3 von einem Schleifring s anderer Phase abzweigt, z. B. im untersynchronen Lauf J1 von s2, J2 von s3, J3 von s1 abzweigt, bezw. l1 an l'2, l2 an l'3 und l3 an l'1 anknüpft. Die Phasen kombination in der Erregerwicklung der Kommutatormaschine, die Fig. 1 zeigt, würde dann wegfallen; ferner würde dabei noch die Dreieckschaltung im Primärteil des Trans formators t' durch eine Sternschaltung ersetzt werden, wobei auf jede Phase des Sekundär teils die gleiche Phrase des Primärteils wirkt. Das Diagramm eines solchen Ausführungs beispiels zeigt Fig. 3.
OA1, OA2 und OA3 sind die drei Phasen der Schleifringspannung des Induktionsmotors i. D1A1, ist der ohmsche Spannungsabfall der Phase 1 im Rotorkreis der Kommutatorma schine, bei einem untersynchronen Leerlauf. D1O ist in der Phrase 1 die durch Rotation zu induzierende elektromotorische Kraft der Maschine k; sie sei in Phase mit dem Erre gerstrom J1. Die induktive Erregerspannung der Phase 1 ist OC1; sie wird gedeckt durch die Summe aus OA2, A2B1 und B1C1. A2B1 ist die durch Rotation erzeugte elektromoto rische Kraft der Maschine g, die infolge ge- cigneter Lage der Wicklung h' der Schleif ringspannung OA1 um 90 voreile. B1C1 ist die sekundäre elektromotorische Kraft des Transformators t'; sie sei in Phase mit OA1.
OA2 liefert bereits eine auf Phasenkompen sation wirkende Komponente OF1, die im allgemeinen viel zu gross ist und durch die Transformatorspannung B1C1 auf den verlang ten Wert OG1 ergänzt wird.
Bei übersynchronere Lauf ist der ohmsche Spannungsabfall im Rotorkreis der Kommu tatormaschine D'1A1; D'1O ist die Rotations spannung der Kommutatormaschine und J'1 der Erregerstrom der Phase 1. OC'1 ist die induktive Erregerspannung der Phase 1; sie wird gedeckt durch die Schleifringspannung OA3, die gegenüber OA1 um 90 voreilende Spannung der Erregermaschine A3B1' und die sekundäre Spannung B'1C1 des Transformators t'. Beire Übergang vom untersynchronen Lauf muss einerseits l1 von l'2 nach l'3, l2 von l'3 nach 1'1 und l3 von l'1 nach l'2 verlegt, an derseits (damit trotz der Umkehrung des Drehsinnes des Feldes der Maschine g die Spannung A3B'1 gegenüber OA1 voreile) der Anschluss der Wicklung h' all die Schleifringe s umgekehrt werden.
Die Erfindung bleibt auch anwendbar, wenn die Kommutatormaschine ausser der Nebenschlusserregung eine Hauptschlusserre gung besitzt oder wenn die Nebenschluss erregung transformatorisch vom Rotorstrom der Kaskade beeinflusst wird. Wenn durch den Rotorstrom im Erregerkreis Spannungen induziert werden, die auf Phasenkompensation wirken, so kann der neu vorgeschlagene Trans formator dazu dienen, diese Spannungen auf den verlangten Betrag zu ergänzen.