DE1061426B - Wechselstromerzeugungsanlage zur Speisung von Induktionsmotoren - Google Patents

Description

Es sind Wechselstromerzeugungsanlagen, sogenannte Umformergrappen, bekannt, die für den Rotor eines Synchrongenerators und den Rotor eines Frequenzverdopplers eine gemeinsame Antriebswelle umfaßt, die dazu bestimmt und ausgebildet ist, von einem Motor aus mit innerhalb eines bestimmten Bereiches stufenlos veränderbarer Drehzahl angetrieben zu werden. Eine Maschinen- oder Umformeranlage dieser Art soll nun dem Ziel vorliegender Erfindung entsprechend so ausgebildet werden, daß sie sich besonders gut als Antriebseinheit von modernen Schleifmaschinen eignet. Solche Schleifmaschinen müssen mit in sehr weiten Grenzen stufenlos veränderbaren Drehzahlen betrieben werden können. Der Antrieb der Schleifspindeln erfolgt dabei am vorteilhaftesten mit Hilfe von Induktionsmotoren, die innerhalb eines bestimmten, aber verhältnismäßig engen Drehzahlbereiches den ändernden Frequenzen der Speisewechselspannung zu folgen vermögen. So haben sich Schleifmaschinen praktisch bewährt, die mit vier Induktionsmotoren und Schleifspindeln für die Drehzahlbereiche 22 000 bis 30 000 bzw. 30 000 bis 45 000 bzw. 45 000 bis 60 000 bzw. 60 000 bis 90 000 U/min ausgerüstet sind, so daß innerhalb eines Bereiches von 22 000 bis 90 000 U/min jede Arbeitsdrehzahl verfügbar ist.

Bisher war für jeden dieser vier Motoren ein besonderer Stromerzeuger vorzusehen, der je eine Wechselspannung von günstiger Größe und veränderbarer Frequenz liefert, wobei diese Stromerzeuger je einen Wechselstromgenerator enthielten, dessen Rotorteil von je einem mit konstanter Drehzahl laufenden Antriebsmotor mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis angetrieben wird. An sich wäre es auch moglich, jedem der Generatoren einen besonderen Antriebsmotor mit stufenlos veränderbarer Abtriebsdrehzahl zuzuordnen, so daß auch die Ausgangsfrequenzen der vier Generatoren je stufenlos veränderbar wären. In diesem Fall würde man aber zur Speisung der vier Schleifmotoren außer den vier Generatoren noch vier Motoren benötigen, während man es vorzieht, von einem einzigen Antriebsmotor mit fester Drehzahl aus über je eine im Übersetzungsverhältnis veränderbare Getriebeanordnung die Antriebswellen der vier Generatoren anzutreiben.

Damit nun eine Schleifmaschine dieser Art oder auch eine andersartige Arbeitsmaschine mit Induktionsarbeitsmotoren für einen ähnlich großen Drehzahlbereich in einfachster Weise und mit geringstmöglichem Aufwand innerhalb des großen Drehzahlbereiches mit jeder notwendigen Drehstromfrequenz gespeist werden kann, ist bei einer Anlage der eingangs erwähnten grundsätzliehen Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Synchronmaschine in an sich bekannter Weise mit zwei über einen Mehrfachumschalter in Reihe und parallel schaltbaren Statorwicklungen ausgerüstet und konstant erregt Wechselstromerzeugungsanlage
zur Speisung von Induktionsmotoren

Anmelder:

Josef Unterreiner & Co.,
Küssnacht, Schwiz (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. Dr. M. Herzfeld, Patentanwalt,
Düsseldorf, Kreuzstr. 32

Beanspruchte Priorität:
Schweiz Tom 5. Oktober 1952

Dipl.-Ing. Josef Unterreiner,

Küssnacht, Schwiz (Schweiz),

ist als Erfinder genannt worden

ist, der Mehrfachumschalter dagegen in. zwei Schaltstellungen den Synchrongenerator auf Serienbetrieb und in zwei Schaltstellungen auf Parallelbetrieb schaltet und in je einer Schaltstellung der beiden Betriebsarten die vom Synchrongenerator erzeugte Ausgangswechselspannung direkt den Ausgangsklemmen zuführt, während in den beiden anderen Schaltstellungen der beiden Betriebsarten die vom Synchrongenerator erzeugte Wechselspannung über den Frequenzverdoppler den Ausgangsklemmen zugeführt wird.

In der Zeichnung ist ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Schaltschema;

Fig. 2 zeigt den mechanischen Aufbau des Stromerzeugers im Längsschnitt.

Im Schaltschema Fig. 1 ist der Stator des Generators mit A, das zugehörige Polrad mit B bezeichnet. C ist der feststehende Primärteil und D der mit dem Polrad B rotierende Sekundärteil des Frequenzverdopplers. Die Erregerwicklung 17 des Polrades B legt an den Schleifringen 19, 20, deren Bürsten mit den Anschlüssen 44, 45 des Gleichrichters 23 über einen fest eingestellten Ohmschen Widerstand 21 in Verbindung stehen.

Dem Gleichrichter 23 wird über die Leitungen 42,43 Wechselstrom zugeführt. Zur Einstellung des konstanten Erregerstromes für die Wicklung 17 des Polrades dient ein verstellbarer Abgriff 22 des Vorwiderstandes 21. Die Wicklung des Stators^ besteht aus einer normalen

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Dreiphasenwicklung für Serie- und Parallelschaltung. je sechzig Nuten auf, zur Aufnahme der zwanzigpoligen Die Anfänge der Teüspulen 1, 3, 5 sind in Stern ge- Dreiphasenwicklungen 110, 112, 105. Die Erregerwick-

schaltet, die Enden liegen an den Klemmen 24, 25, 26. lungen im Polrad sind hintereinandergeschaltet, deren

Die Anfänge der Teüspulen 2, 4, 6 liegen an den Klem- Zu- und Ableitungen sind durch die Bohrungen 123 im

men 27, 28, 29* die Enden an den Klemmen 30, 31, 32; 5 Rotor D an die Schleifringe 116, 117 geführt. Die Wick-

diese sind zugleich die Ausgangsklemmen des Gene- lungsenden des Rotors D stehen mit den Schleifringen

ratorteils. 118, 119, 120 in Verbindung, wobei alle Schleifringe auf

Die Primärwicklung C mit den Spulen 7, 8, 9 und die der isolierten Nabe 115 sitzen und je eine isolierte Sekundärwicklung mit den Spulen 10, 11, 12 des Fre- Anschlußfahne 122 aufweisen. Als Stromabnehmer dienen quenzverdopplers sind beide als normale Drehstrom- io nicht gezeichnete Kohlenbürsten, welche auf dem isowicklungen ausgeführt und ebenfalls in Stern geschaltet. lierten Bürstenhalter 121 befestigt sind. Zur Erstellung Die Spulenenden der Primärwicklung liegen an den der äußeren Verbindungsleitungen an die Klemmen des Klemmen 33_S 34, 35 und diejenigen der Sekundär- Schalters 146 und zum Gleichrichter 123 nach Schema wicklung an den Schleifringen 14, 15, 16. Alle Anschluß- Fig. 1 führen alle Zu- und Ableitungen der Statorklemmen der Wicklungen A, C, D stehen in Verbindung 15 wicklungen A, C und der Stromabnehmer einzeln zu mit den gleich numerierten Klemmen der Schalter- nicht gezeichneten Maschinenklemmen,
gruppen a, b, c des dutch einen Schalthebel bedienbaren Die Wirkungsweise des beschriebenen Stromerzeugers Zentralschalters 46 mit den Schaltstellungen 1 bis 4. ist wie folgt:

Jeder Stellung ist eine Schleifspindeldrehzahl zugeordnet. Durch die Wahl der Polzahl zwanzig für den Gene-

An den Klemmen 39, 40, 41 wird der Schleifspindel- 20 ratorteil A-B und für den Frequenzverdoppler C-D

motor angeschlossen. werden in der Wicklung des Stators A bei 3000 U/min

Die Schaltergruppe α des Zentralschalters 46 dient der Rotoren B-D 500 Perioden und in der Wicklung zur Serie-Parallel-Schaltung der Teüspulen im Stator A. von Rotor D 1000 Perioden erzeugt, wodurch die am Die Schaltergruppen 5 und c leiten den im Stator A Stromerzeuger angeschlossenen elektrischen Schleifspinerzeugten Mehrphasenstrom entweder direkt über die 25 dein mit 30 000 bzw. 60 000 U/min drehen. Die vermittels Verbindungen 36, 37, 38 an die Abgangsleitungen 39, eines Tachometers an der Stromerzeugerquelle meßbare 40, 41 oder über den Frequenzverdoppler C, D, dessen Drehzahl wird dadurch numerisch gleich mit der Dreh-Wirkungsweise auf dem aügemeinen Transformator zahl der Schleifspindel, so daß diese auf einfache Weise beruht. Wird die an den Ausgangsklemmen 30, 31, 32 bestimmbar ist.

des Generatorteiles herrschende Spannung durch den 30 I_n Stellung 1 des Schalters 46 in Schema Fig. 1 sind Schalter 46 an die Klemmen 33, 34, 35 der Primär- die Schalterkontakte 24-27, 25-28, 26-29 geschlossen wicklung 7, 8, 9 des Frequenzverdopplers angelegt, so und die Wicklungen 1-2, 3-4, 5-6 in Serie geschaltet, überträgt die rotierende Sekundärwicklung 10, 11, 12 Gleichzeitig wird durch den Schalter 46 bei erregter dieselbe unverändert an die Schleifbürsten 14, 15, 16, Maschine die an den Schalterklemmen 30, 31, 32 herrdagegen verdoppelt sich beim Durchgang durch den 35 sehende Spannung über die Schaltergruppen δ, c und Frequenzverdoppler die Eingangsfrequenz. Sind U₁ = U₂ die Verbindungen 36, 37, 38 an die Abgangsklemmen 39, die Ein- und Ausgangsspannungen des Frequenzver- 40, 41 gelegt, wodurch der Frequenzverdoppler ausdopplers, C₁ und C₂ seine Frequenzen, wobei 2 · C₁ = C₂ geschaltet ist. Der Antrieb des Stromerzeugers wird so ist, ferner N₁ und N₂ die primären und sekundären gesteuert, daß dessen Drehzahl einen Bereich von 2200 Windungszahlen mit den Wicklungsfaktoren f_lt f₂, so 40 bis 3000 U/min umfaßt, entsprechend einer Spindelgilt die Beziehung tourenzahl von 22 000 bis 30 000 U/min. Da bei kon-

. stanter Felderregung der Wicklung 17 die im Stator A

_L __ ^C2' /2' ^N2 _ ι ₀₍j_er 2V _ ^Ni' /1 ^ induzierte Spannung proportional der Drehzahl ist,

U₁ C₁- ^- N₁ 2 ■ f₂ bewegt sich auch die Betriebsspannung im Bereich von

45 beispielsweise 220 bis 300 Volt. In Stelung 2 des Schal-

Da die Rotoren D und B auf der gleichen Welle ters 46 werden die Schalterkontakte 24-27, 25-28, 26-29 sitzen und alle Wicklungen gleiche Polzahl aufweisen, wieder geöffnet und gleichzeitig die Kontakte 24-30, wird für jede Drehzahl die im Stator A erzeugte Frequenz 25-31, 26-30 paarweise und die Kontakte 27-28-29 über im Rotor D verdoppelt, wenn das Drehfeld im Stator C den Nullpunkt geschlossen und die Wicklungen 1-2, 3-4, entgegen der Drehrichtung des Rotors verläuft. Mit 50 5-6 parallel geschaltet, während die Schalterstellungen b, c Bezug auf die zu übertragende Spannung ist dafür zu unverändert bleiben. Dreht sich der Stromerzeuger mit sorgen, daß bei doppelter Spannung, welche durch die 3000 U/min, so ist die Spannung an den Klemmen 39, Serieschaltung der Phasenwicklungen 1-2, 3-4, 5-6 im 40, 41 jetzt um die Hälfte kleiner als bei der Schalter-Stator A entsteht, die magnetische Induktion im Stator C stellung 1 bei gleicher Drehzahl. Für den Maschinenim geraden Teil der Magnetisierungskurve bleibt. Unter 55 drehzahlbereich von 3000 bis 4500 U/min ergeben sich diesen Bedingungen ist für den ganzen Spannungs- und Spindeltourenzahlen von 30 000 bis 45 000 U/min mit Frequenzbereich der Erregerstrom für die Wicklung 17 einem Spannungsbereich von 150 bis 225 Volt. Beim des Polrades B konstant. Weiterschallen auf Stellung 3 des Schalters 46, wie im

Auf der Welle 101 in Fig. 2 sitzen das Polrad B und Schema gezeichnet, erfolgt wieder Serieschaltung wie der Rotor D, deren Eisenpakete 102, 104 durch die 60 in Stellung 1, wobei aber die Schaltergruppen b, c an Flanschplatten 106, 107, 108 zusammengehalten werden. die Klemmen 33, 34, 35 und 14, 15, 16 des Frequenz-Die Statoren A und C mit den Eisenpaketen 109, 111 verdopplers umgelegt werden, so daß an den Ausgangssitzen im Statorgehäuse 113 fest und werden durch die klemmen 39, 40, 41 zwar die gleiche Spannung wie für Ringe 114 in ihrer Lage gegenüber den Rotoren B, D Stellung 1 herrscht, die Stromfrequenz aber verdoppelt fixiert. Die Welle 101 lagert drehbar und konzentrisch 65 ist. Die Drehzahl des Stromerzeugers ist wieder im zu den Statorbohrungen in den Lagerschildern 125, 126, Bereich von 2200 bis 3000 U/min begrenzt. Die Spindelweiche zusammen mit dem Statorgehäuse 113 das drehzahl entspricht nun dem zwanzigfachen Wert der Maschinengehäuse bilden. MaschinendrehzahL In Schalterstellung 4 erfolgt Parallel-

Das Polrad B besitzt zwanzig Pole mit je einer Erreger- schaltung mit Frequenzverdopplung für den Spindelwicklung 103. Die Statoren A, C und der Rotor D weisen 70 drehzahlbereich von 60 000 bis 90 000 U/min und einem

Claims (3)

Spannungsbereich von 150 bis 225 Volt bei einer Maschinendrehzahl von 3000 bis 4500 U/min. Aus den nachfolgenden zwei Tabellen lassen sich für die Stellungen 1 bis 4 des Steuerschalters 46 die zugeangegebenen funktionellen Resultate für die Generatorschaltung (serienparallele) bzw. die Aus- und Einschaltung des Frequenzverdopplers ergeben und in Tabelle 2 für diese Schalterstellungen die Spannungs- und Fre- hörigen Kontaktstellungen der einzelnen Schaltarme 5 quenzbereiche an den Klemmen 30, 31, 32 bzw. 39, 40, 41 ablesen, wobei sich die am Schluß der ersten Tabelle aufgezeichnet sind. Tabelle 0-2727-24Kontaktstellen24-3030-33 14-3915-40+30-3636-41Synchrongenerator-Frequenz-Schalter0-2828-2525-3131-3416-4131-3737-40Statorwicklungs-verdoppler CDstellung0-2929-2626-3232-35_32-3838-39_+__++scaaltung A Baus1+—+—+ i +++serieaus2—+—+——parallelein3+—+——serieein4parallel Tabelle Schalter stellungMaschmendrehzahl in U/minFrequenz an den Ausgangsklemmen 39, 40,41 in HzSpannung an den Ausgangsklemmen 39, 40,41 in VoltSpindeldrehzalil der Schleif motoren in 1000 U/min1 2 3 42200 bis 3000 3000 bis 4500 2200 bis 3000 3000 bis 4500367 bis 500 500 bis 750 725 bis 1000 1000 bis 1500220 bis 300 150 bis 225 220 bis 300 150 bis 22522 bis 30 30 bis 45 45 bis 60 60 bis 90 Es läßt sich also an den Klemmen 39, 40, 41 wahlweise einer von vier verschiedenen Schleif motoren der einleitend genannten Charakteristik beispielsweise mittels einer Kabelsteckverbindung anschließen, wobei nur der Schalter 46 auf die entsprechende Schaltstellung eingestellt werden muß und die Abtriebszahl des den Generator antreibenden Motors nach Wunsch eingestellt werden muß. In den Schaltstellungen 3 und 4 lassen sich auch an den Klemmen 30, 31, 32, sofern diese dazu eingerichtet sind, Schleifmotoren des untersten bzw. zweituntersten Frequenzbereiches anschließen, während gleichzeitig an den Klemmen 39, 40, 41 Schleifmotoren der zweitobersten bzw. obersten Frequenzbereiche angeschlossen sein können. In diesem Fall können gleichzeitig von der dargestellten Umformergruppe aus je zwei verschiedene Schleifmotoren gespeist werden. Patentansprüche:

1. Wechselstromerzeugungsanlage für mittlere Frequenzen zur Speisung von Induktionsmotoren, insbesondere von Schleifmaschinenmotoren, bestehend aus einem stufenlos regelbaren Antriebsmotor, der einen Synchrongenerator mit einer mit diesem starr gekuppelten Asynchronmaschine gleicher Polzahl wie die des Synchrongenerators als Frequenzverdoppler antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschine in an sich bekannter Weise mit zwei über einen Mehrfachumschalter in Reihe und parallel schaltbaren Statorwicklungen ausgerüstet (1, 3, 5 und 2, 4, 6) und konstant erregt ist, der Mehrfachumschalter (46) dagegen in zwei Schaltstellungen (1, 3) den Synchrongenerator auf Serienbetrieb und in zwei Schaltstellungen (2,4) auf Parallelbetrieb schaltet und in je einer Schaltstellung (1,3) der beiden Betriebsarten die vom Synchrongenerator erzeugte Ausgangswechselspannung direkt den Ausgangsklemmen (39, 40, 41) zuführt, während in den beiden anderen Schaltstellungen (2,4) der beiden Betriebsarten die vom Synchrongenerator erzeugte Wechselspannung über den Frequenzverdoppler den Ausgangsklemmen zugeführt wird.

2. Wechselstromerzeugungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen (30, 31, 32) des Synchrongenerators als Hilfsausgangsklemmen der Anlage ausgebildet sind.

3. Wechselstromerzeugungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator und der Frequenzverdoppler je zwanzigpolig ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 168 514,208 260,703349; BBC-Nachrichten, 1951, S. 52ff.;
Siemens-Zeitschrift, 1925, S. 585;
»Kurzes Lehrbuch der elektrischen Maschinen«, 1949, . 175, von R. Richter;
französische Patentschrift Nr. 1 003 559.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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