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Anordnung zur Erregung von ständererregten Stromwendermaschinen mit
Schlupffrequenz führenden Erregerwicklungen Für die Erregung von ständererregten
Stromwendermaschinen der Bauart Siemens-Lydall bzw. Scherbius werden seit vielen
Jahren sogenannte Stromschaltungen verwendet, bei denen die Erregerwicklung dieser
Maschinen unabhängig von ihrem mit der Schlupffrequenz schwankenden Widerstandswert
mit eingeprägten Strömen gespeist wird. Man kann auf diese Weise die Betriebskennlinien
von Drehstromregelsätzen und von großen Netzkupplungsumformern zur Speisung des
Bahnnetzes aus dem Drehstromnetz, für die solche Maschinen in den letzten Jahren
in zunehmendem Maß verwendet werden, in beliebiger Weise beeinflussen. Ein solcher
Umformer besteht in der Regel aus einer das Bahnnetz speisenden Synchronmaschine
und einer mit dieser gekuppelten Asynchronmaschine, deren Schlupfleistung durch
die Stromwendermaschine beeinflußt wird. Die Erregerwicklung der Stromwendermaschine
wird durch einen mit der Asynchronmaschine gekuppelten Stromwenderfrequenzwandler
gespeist, dessen Schleifringe über geeignete Steuergeräte an das Drehstromnetz angeschlossen
sind.
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Eine bekannte Erregerschaltung für die Stromwendermaschine verwendet
eine genügend große Drosselspule im Steuerkreis, die einen nahezu gleichbleibenden
eingeprägten Erregerstrom vorschreibt, der dann durch steuerbare Stromwandler in
zwei gegeneinander um 90° verschobenen Anteilen nach Betrag und Richtung beeinflußt
wird und dadurch auf die Drehzahl und den Leistungsfaktor der Asynchronmaschine
einwirkt. Die steuerbaren Stromwandler sind meistens als Doppeldrehwandler ausgeführt,
die durch öldruckregler verstellt werden. Doppeldrehwandler enthalten jedoch mechanisch
bewegte Stellglieder, deren Stellzeit nicht beliebig verkürzt werden kann, was sich
als nachteilig erwiesen hat.
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Für die Erregung von ständererregten Stromwenderrnaschinen mit Schlupffrequenz
mit Hilfe von eingeprägten Spannungen ist es bekannt (deutsche Patentschrift 649
728), die Erregerkomponenten über elektronisch gesteuerte -Anordnungen mit teilausgesteuerten
Spannungen einzuspeisen, wobei die Erregerwicklung eine große magnetische Trägheit
besitzt. Bei einer derartigen Anordnung ist aber infolge der Verwendung von eingeprägten
Spannungen der Erregerstrom sowohl von Änderungen des Widerstandes der Erregerwicklungen
als auch von Schlupfänderungen abhängig. Es ergeben sich daher für die Steuerung
bzw. Regelung einer derartigen Erregereinrichtung wesentlich andere Gesichtspunkte
als für eine Erregeranordnung mit eingeprägten Strömen. Es ist weiterhin bekannt
(deutsche Patentschrift 657 424), an Stelle der Doppeldrehwandler zur Lieferung
der Erregerstromkomponenten stromsteuernde Magnetverstärker zu verwenden. Diese
haben aber eine große magnetische Trägheit und sind daher für schnelle Regelvorgänge
nicht geeignet. Außerdem benötigen sie eine beträchtliche Erregerleistung, da die
Erregerdurchflutung der vollen Durchflutung der Erstwicklung entsprechen muß. Man
kann mit solchen stromsteuernden Magnetverstärkern nicht die Spannung der Erregerumspanner
teilaussteuern, da die Größe der Erregerdurchflutung auch den Betrag des Erststromes
vorschreibt, der eben mit dem Nachteil der magnetischen Trägheit behaftet ist.
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Die vorliegende Erfindung zeigt eine Lösung, bei der ebenfalls eine
elektronische Beeinflussung der auf Drehzahl und Leistungsfaktor wirkenden, eingeprägten
Ströme möglich ist und durch die sehr schnelle Änderungen der Erregerströme erzielt
werden können.
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Bei einer Anordnung zur Erregung von ständererregten Stromwendermaschinen
mit Schlupffrequenz führenden Erregerwicklungen, die mit je einem auf die Drehzahl
und auf den Leistungsfaktor einwirkenden, eingeprägten Strom gespeist sind und bei
denen sowohl der eingeprägte Strom zur Regelung der Drehzahl als auch der zur Regelung
des Leistungsfaktors durch jeweils einen großen, nicht steuerbaren Scheinwiderstand
(Drosselspule) bestimmt ist, ist gemäß der Erfindung der Scheinwiderstand jeweils
über eine oder mehrere Erstwicklungen eines nicht steuerbaren Erregerstromwandlers
und damit in Reihe liegende elektronische Mittel oder spannungsteuernde
Magnetverstärker
mit teilausgesteuerten Spannungen gespeist. Durch diese Speisung mit teilausgesteuerten
Spannungen können die auf die Drehzahl bzw. auf den Leistungsfaktor einwirkenden,
eingeprägten Erregerströme der Anordnung in ihrer Größe verändert werden, ohne daß
die wesentlichen Eigenschaften einer Stromschaltung, nämlich, daß der Erregerstrom
durch einen veränderlichen-Widerstandswert des Erregerkreises unbeeinflußt bleibt,
beeinträchtigt werden. Der entstehende Strom hat jeweils zum gleichenZeitpunkt seinen
im Betrag veränderlichen Höchstwert, der in bezug auf die Nulldurchgänge des voll
ausgesteuerten Stromes symmetrisch liegt. Der Phasenwinkel bleibt also erhalten.
Man erreicht auf diese Weise die gleiche Wirkung wie früher mit den einstellbaren
Doppeldrehwandlern, jedoch wesentlich schneller, weil die Stehzeit der verwendeten
elektronischen Mittel, wie z. B. steuerbare Stromrichter, oder spannungssteuernden
Magnetverstärker - um Größenordnungen kürzer ist, als bei jenen.
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Die Steuerung mit teilausgesteuerten Spannungen bestimmt die Größe
des Stromes der Erregerkomponenten. Für die vier möglichen Richtungen der Stromanteile
sind an sich auch vier große Scheinwiderstände erforderlich. Durch Umkehrschaltungen
kann die Richtung eines jeden Stromanteiles jedoch um 180° gedreht werden, so daß
nur noch zwei Scheinwiderstände benötigt werden. Es ist zweckmäßig, die eingeprägten
Erregerströme durch Umschalten von Wicklungen an den Erregerstromwandlern in ihrer
Richtung umzukehren. Man kann aber auch in vorteilhafter Weise die eingeprägten
Erregerströme durch zusätzliche elektronisch wirkende Anordnungen oder Magnetverstärker
umkehren, die zusätzliche Wicklungen der Erregerstromwandler speisen. Jeder Erregerstromwandler
für die Drebzahl-bzw. für die Leistungsfaktorkomponente des Erregerstromes besitzt
dann zwei Erstwicklungen.
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_ Störende Oberwellen, die bei Teilaussteuerungen auftreten, können
durch einen fremd synchron angetriebenen Käfigläufermotor, der parallel zu den Schleifringen
des Erregerfrequenzwandlers liegt, geglättet werden.
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An Hand eines Ausführungsbeispieles sei der Erfindungsgedanke näher
erläutert. F i g. 1 zeigt, den Asynchronmotor 1 eines Netzkupplungsumformers, der
durch die Schlupfmaschine (Siemens-Lydall- oder Scherbius-Maschine) und den Erregerfrequenzwandler
3 gesteuert wird. Ferner ist der Anpassungsumspanner 4 vorgesehen. Der Erregerstromanteil
für die Drehzahl wird durch den Wandler 5 und die Drosselspule 6 vorgeschrieben,
die an einer Mittelanzapfung der Erstwicklung des Wandlers 5 einspeist. Die beiden
Enden der Erstwicklung sind durch je einen gittergesteuerten Gleichrichter 7 und
8 ab# geschlossen. Statt der Gleichrichter kann man auch Magnetverstärker oder eine
ähnlich wirkende Anordnung verwenden. Der Erregerstromanteil für den Leistungsfaktor
wird durch den Wandler 9, die Drosselspule 10 und die beiden Gleichrichter 11 und
12 geliefert. Durch die Schaltung des Wandlers 9 ist dieser Strom um 90° gegen den
von dem Wandler 5 gelieferten verschoben. Da bei Teilaussteuerung Oberwellen enthaltende
Ströme entstehen können, ist ferner der Asynchronmotor 13 mit Kurzschlußläufer vorgesehen,
der von dem Synchronmotor 14 angetrieben wird und die Oberwellen glättet. Durch
die Lastschlupfwandler 15 und 16 kann dem Erregerkreis in bekannter Weise ein dem
Belastungsstrom verhältnisgleicher Strom zugeführt werden.
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Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung wirkt folgendermaßen: F i g.
2 a zeigt den zeitlichen Verlauf der Netz-Spannung U, von der die beiden Drosselspulen
6 und 10 gespeist werden. Für den Fall, daß der Gleichrichter 7 voll geöffnet hat
und der Gleichrichter 8 gesperrt ist, verläuft der Drosselstrom JD nach F
i g. 2 b I. An diesem Verlauf ändert sich auch nichts wenn der Gleichrichter 7 bis
zu 90° gesperrt bleibt und dann erst freigegeben wird, weil es sich um einen vorwiegend
induktiven Stromkreis handelt, wo der Strom um 90° der Spannung nacheilt. F i g.
2 a II zeigt die Wirkungsweise, wenn der Gleichrichter 7 erst bei etwa 120° gezündet
wird, der Strom JD in der Drosselspule 6 verläuft dadurch nach der ausgezogenen
Kurve in F i g. 2 b II; durch den Asynchronmotor 13 wird sie in die gestrichelte
Sinusform ge= bracht. In F i g. 2 a III ist der Gleichrichter 7 voll-, kommen gesperrt,
so daß der Strom JD Null ist.
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Man erhält demnach Ströme verschiedener Grö, ßen, wie sie in F i g.
2 c I angedeutet sind; diese werden dann durch die Asynchronmaschine 13 in die aus
F i g. 2 c II ersichtliche Form gebracht. Steuert man bei gesperrtem Gleichrichter
7 in gleicher Weise den Gleichrichter 8, so- kehrt sich der Strom um (vg1. gestrichelte
-Kurve in F i g. 2 c I). In gleicher Weise kann durch die Drosselspule 10, den Wandler
9 und die beiden gesteuerten Gleichrichter 11 und 12 der auf den Leistungsfaktor
wirkende Strom nach Betrag und Richtung beeinfiußt werden. .
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Die Umkehr der Erregerstromanteile kann natürlich auch durch Umschalten
der Wicklungen an den Wandlern, statt durch einen zweiten Satz Gleichrichter, bewirkt
werden.