DE150694C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft die neue Aufgabe, eine Regelung von Wechselstromanlagen zu bewirken, indem ein nach Stärke oder Spannung veränderlicher Gleichstrom als Regelungsmittel dient und der in seiner Stärke veränderliche, die Regelung notwendig machende Wechselstrom die Umdrehungszahl der den Erregerstrom erzeugenden Gleichstrommaschine verändert. Zu diesem

ίο Zweck wird die Erregermaschine durch einen asynchronen Wechselstrommotor angetrieben, dessen Tourenzahl in selbsttätiger Weisen von der Stärke des Netzwechselstromes beeinflußt wird, ohne daß weitere Hilfsmittel erforderlieh sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe' werden also folgende Teile notwendig:

1. der ein- oder mehrphasige Netzstrom,

2. ein asynchroner Wechselstrommotor,
3. eine Gleichstrommaschine,

wobei die notwendige Abhängigkeit des Erregerstromes von der Stärke und unter Umständen auch von der Phasenverschiebung des Netzstromes gegen die Hauptwechselspannung dadurch erreicht wird, daß dieser - Strom den Primäranker der Asynchronmotors direkt oder unter Zwischenschaltung eines gewöhnlichen Transformators oder eines Transformators mit regelbarem Übersetzungsverhältnis durchfließt.

Die gestellte Aufgabe wird nicht gelöst, wenn man einfach eine Gleichstrommaschine mittels eines Asynchronmotors antreibt, dessen Ständerwickelung an die Klemmen (Spannung) der den Wechselstrom erzeugenden Maschine, angeschlossen, ist, vielmehr beruht die Wirk-

samkeit auf folgender in den elektrischen Eigenschaften eines Asynchronmotors ohne weiteres begründeten aber zu diesem Zweck noch nicht benutzten Tatsache.

Wenn ein Asynchronmotor, dessen Läufer durch Widerstände oder kurz geschlossen ist, keine Spannung an den Klemmen der Wickelung des Ständers (Primärankers) und demgemäß auch keinen Strom führt, steht der Läufer; wird ihm geringe Spannung oder geringer Strom zugeführt, so läuft er langsam, erhält er hohe Spannung, oder wird sein Primäranker von starkem Strom durchflossen, so läuft er schnell, jedoch so, daß stets Schlüpfung vorhanden ist. Die Tourenzahl ist daher, von der Speisung des Primärankers abhängig. Es wird dabei vorausgesetzt, daß die Widerstände im Sekundäranker nicht verstellt werden.

Treibt der Motor eine Gleichstrommaschine irgendwelcher Art an, so steigt die von derselben gelieferte Stromstärke oder Spannung mit der Tourenzahl, d. h. mit der dem Motor zugeführten Wechselspannung. Ihre Leistung ist abhängig von der dem Asynchronmotor zugeführten Leistung.

Dient als Wechselstrom, welcher durch den Primäranker des Motors hindurchgeleitet wird, der die Regelung notwendig machende Wechselstrom, so erzeugt große Wechselstromstärke starken Gleichstrom für die Regelung.

Die Tatsache, daß beim Antreiben einer Gleichstromdynamo — beispielsweise einer solchen, die zur Erregung einer Wechselstromdynamo dient — durch einen Asyn-

chronmotor, der im Nebenschluß zur Wechsel-Stromquelle liegt, die hier gestellte Aufgabe nicht erfüllt werden kann, ergibt sich, wenn man folgendes bedenkt:

In dem gedachten Falle der Parallelschaltung dient der Asynchronmotor lediglich als Kraftmaschine und kann durch eine Turbine oder dergl. ersetzt werden. Er wird sogar, wenn die Gleichstromdynamo dazu benutzt

ίο wird, um die Erregerwickelung der Wechsclstromdynamomaschinc zu speisen, gegen eine nicht elektrische Kraftmaschine im Nachteil sein, weil diese ganz unabhängig von dielektrischen Anlage arbeitet, während sich für den Asynchronmotor und seine Schlüpfung eine geringe ungünstige Abhängigkeit, nämlich ein wenig bemerkbares Nachlassen der

• Tourenzahl bei Belastung der Wechselstromdynamomaschine und dabei eintretender Verminderung der Wechselzahl sowie Spannungsabfall ergeben müßte. Da also der Asynchronmotor lediglich als Motor arbeitet, der mit ungefähr konstanter Klemmenspannung läuft, so besitzt er im Betriebe einen konstanten Hauptmagnetismus (Hauptfeld), wie dies in Motordiagrammen stets angenommen wird. Die Folge davon ist, daß er immer, d. h. bei allen Belastungen ungefähr dieselbe Tourenzahl hat, oder daß'doch seine Tourenzahl höchstens mit derjenigen der Wechselstromdynamo schwankt. Das vorliegende Verfahren gründet sich demgegenüber gerade darauf, daß der in die Hauptleitung des Wechselstromes unmittelbar oder mittelbar gelegte Asynchronmotor eine bedeutende Abhängigkeit von jener Wechselstromstärke in der Hauptleitung zeigt, und zwar deshalb, weil sein Hauptmagnetismus alle möglichen verschiedenen Werte annimmt, je nachdem mehr oder weniger oder gar kein Strom durch seinen Primäranker fließt. Für ihn gelten daher auch nicht die üblichen Diagrammdarstellungen mit konstantem Hauptmagnetismus (Hauptfeld). Infolge dieser "Abhängigkeit des Magnetismus von der Wechselstromstärke muß sich aber seine Tourenzahl ohne irgend eine Schaltänderung in bedeutendem Maße mit der Größe des Wechselstromes ändern. Nimmt man beispielsweise an, die Wechselstromstärke werde geringer, so sinkt bei konstanten elektrischen Widerstandsverhältnissen des Sekundärankers die entwickelte Zugkraft, da das Feld abnimmt; die Schlüpfung muß daher so weit wachsen, bis die verstärkten Induktionsströme im Sekundäranker ausreichen, um eine hinreichende Zugkraft zu erzeugen. Diese muß so groß sein, wie der dabei eingetretenen geringeren Tourenzahl der angetriebenen Gleichstromdynamo entspricht, d. h. bei getrennter Erregung dieser Maschine ungefähr konstant, bei Selbsterregung kleiner. Bei Abnahme der Tourenzahl stellt sich demnach wieder Gleichgewicht ein. Der umgekehrte Vorgang, wie beschrieben, tritt ein, wenn die Wechselstrom-' stärke zunimmt.

. Nach der vorliegenden Erfindung braucht der Hauptwechselstrom nicht ausschließlich der den Motor speisende Strom zu sein, vielmehr kann außer der Hauptstromwickclung noch eine weitere vorhanden sein, die in üblicher Weise von der Haüptwechselspannung abhängig ist, und ständig ein gewisses magnetisches Feld im Motor aufrecht erhält.

Das genannte Verfahren kann unter anderem mit Vorteil in folgender Weise angewendet werden.

Eine Wechselstrommaschine soll durch stärkere oder schwächere Erregung mit Gleichstrom so geregelt werden, daß ihre'Spannung bei verschieden großer Stromlieferung und, wenn gefordert, auch bei verschieden großer Phasenverschiebung des Stromes gegen die Hauptspannung möglichst konstant ist, Wird jetzt der Hauptstrom (Wechselstrom) direkt oder unter Zwischenschaltung von Transformatoren , ehe er zum Verwendungsort gelangt, durch den Primäranker des Asynchronmotors geleitet, und wird der von der angekuppelten Gleichstrommaschine erzeugte Regelungsgleichstrom den Magneten der Wechselstrommaschine zugeführt, so tritt die beabsichtigte Regelung ein. Dabei kann dieser Gleichstrom ausschließlich - oder in irgend einer Verbindung mit einem anderen Gleichstrom die Wechselstrommagnete speisen; er kann in Hintereinander- oder Parallelschaltung mit einer gewöhnlichen Erregermaschine arbeiten oder eine besondere Wickelung auf den Magneten der AVechselstrommaschine oder den der Gleichstromerregermaschine speisen.

Eine Anwendung des Verfahrens ist in Fig. ι z. B. für eine Drehstrommaschine schematisch dargestellt. Die Drehstromdynamo d mit den drei Wickelungen (Phasen) 1,2,3 wird durch Gleichstromwickelungen e_L und e.₂ erregt. C₁ ist mit der Gleichstromdynamo g_v e.₂ mit g\ verbunden. Die Maschine g.₂ wird von einem Asynchronmotor mit dem Primäranker ρ und Sekundäranker s angetrieben durch direkte Kuppelung oder durch Riemen oder Zahnradübersetzung. Die drei Ankerwickelungen 1, 2, 3 sind in die von der Wechselstromerzeugermaschine d kommenden Leitungen eingeschaltet, so daß die zu den Lampen Z fließenden Wechselströme den Primäranker ρ durchfließen. Der Sekundäranker .s ist hier als gewickelter Anker angedeutet; seine drei Phasen sind durch einen dreifachen Ohm' sehen oder induktiven Widerstand w geschlossen, der einstellbar gezeich-

net ist. Bei wachsender Netzbelastung mit Lampen I nimmt die Tourenzahl von g₂ und somit auch die Erregung e₂ zu.

Fig. 2 bezieht sich auf eine Z\veiphasendynamo d, welche zwei Gruppen I von hintereinander geschalteten ~ Lampen speist. Die beiden Wickelungsserien h des Primärankers ρ sind vor / vorgeschaltet. Es befinden sich aber noch die· Wickelungsserien η auf dem

ίο Primäranker p, welche wie bei einem gewöhnlichen Zweiphasenmotor an die Spannung der Zweiphasendynamo d angeschlossen sind und stets ein gewisses Magnetfeld im Asynchronmotor aufrecht erhalten. Der dreiphasig gewickelte Sekundäranker s ist beispielsweise wie in Fig. 1 ausgeführt angenommen.

In beiden Figuren ist die Maschine g_% durch den Nebenschlußregler η r regelbar gemacht. Diese Regelbarkeit kann ebensowohl bei g₂ unterbleiben, wie bei g_x gleichzeitig oder allein vorhanden sein. Daß in Fig. 1 die Dynamos g₁ und g.₂ nicht auf dieselbe,' sondern getrennte Wickelungen arbeiten, bildet eine besondere Ausführungsform. Die Anwendung von Transformatoren zwischen d und ρ ist in beiden Figuren möglich, und zwar in Fig. ι für ρ I, 2, 3 drei Einphasen- oder ein Dreiphasentransformator, in Fig. 2 für ρ n.h vier Einphasen- oder zwei Zweiphasentransformatoren oder, wenn η oder h direkt gespeist wird, zwei Einphasen- oder ein Zweiphasentransformator.

Das in der Zeichnung dargestellte Regelungsverfahren unterscheidet sich wesentlich von solchen, die auf der Anwendung eines rotierenden Wechselstrom-Gleichstromumformers beruhen. Ein solcher läuft als Synchronmotor mit feststehender, von der Umdrehungszahl der Wechselstrommaschine abhängiger und alle Schwankungen derselben mitmachender Tourenzahl und mit einer in bestimmtem Verhältnis zur Wechselstromspannung stehenden Gleichstro'mspannung, bildet also in jeder Beziehung ein starres System. Gleich- und Wechselstrom hängen zusammen. Die Lösung der vorliegenden Aufgabe verlangt'aber eine vollständige. Trennung von Gleich- und Wechselstrom und Wirksamkeit bei Verwendung gewöhnlicher Gleichstromdynamos und Motoren. Lediglich die Schaltung und das neue aber ganz einfache Verfahren gestattet die Erreichung dieses besonderen Zweckes.

Die Wickelung des Läufers kann bei dem Asynchronmotor eine Käfig- oder andere Kurzschluß Wickelung, Draht- oder beliebige andere Wickelung sein. Sie kann durch fest am Läufer angebrachte oder außerhalb liegende Ohm'sche oder Induktionswiderstände oder direkt geschlossen sein.

Die Widerstände können, obgleich dies für die verfolgten Zwecke nicht notwendig ist, behufs Vervollkommnung der Wirksamkeit, wie in Fig. 1 und 2 einstellbar oder regelbar sein.

An Stelle des gewöhnlichen Transformators, der, falls man den· Hauptstrom der Wechselstrommaschine nicht unmittelbar benutzen will, primär von dem zu regelnden Wechselstrom durchflossen wird, und der mit seiner Sekundärwickelung den Asynchronmotor speist, kann ein solcher gewählt werden, dessen Übersetzungsverhältnis nach Patent 132439 oder 133340 von der Phasenverschiebung des Wechselstromes gegen seine Spannung abhängig gemacht ist, um dadurch auch den Einfluß der Phasenverschiebung zu berücksichtigen.

Eine Ausführungsform, welche das Verfahren in der Weise zur Anwendung bringt, daß nicht die Erregermaschine der Wechsel-Strommaschine, sondern beispielsweise ein Vorschaltwiderstand W_h von dem Regelungsgleichstrom beeinflußt wird, ist in Fig. 3 wiedergegeben. Derselbe ist nur für eine der drei Phasen, 1, angedeutet. Die Gleichstromdynamo g, welche mit dem in der Figur fortgelassenen Asynchronmotor verbunden ist, wirkt mittels einer Verstellvorrichtung r auf den Widerstand W]₁ ein, sobald die Stromstärke oder Spannung von g ein gewisses Maß über- oder unterschreitet. Dabei kann r ein Relais sein, das in bekannter Weise einen in der Zeichnung fortgelassenen selbsttätigen Mechanismus steuert. Das Regelungsbedürfnis kann hierbei ein beliebiges sein. Unter anderem kann die Forderung zu erfüllen sein, daß beim Auslöschen (Kurzschließen) einer der Lampen / die Netzstromstärke' nicht zu stark steigt; es wird dann durch die zu große Wechselstromstärke und die damit nach dem vorliegenden Verfahren bedingte gewachsene Gleichstromstärke eine selbsttätige Verstellung von W]₁ bewirkt."

Ist hierbei nicht W]₁, sondern z. B. unter Fortfall von W]₁ und r eine Erregermaschine zu regeln, so macht die gewachsene Wechsel-Stromstärke von d — im Gegensatz zu Fig. 1 und 2 — eine Verringerung der Wechselspannung erforderlich.

Aus dem Angeführten erhellt, daß durch die Zeichnung nur einzelne Beispiele für das Regelungsverfahren gegeben sind, und daß die Wahl und Verbindung der einzelnen Mittel, unter Wahrung der vorliegenden Erfindung, im einzelnen Falle beliebig ist; insbesondere ist der Teil einer Wechselstromanlage, auf den der Regelungsgleichstrom wirkt, und der Zweck der Regelung beliebig.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Verfahren zur Regelung von Wechsel-, stromanlagen unter Zuhilfenahme eines

   Regelungsgleichstromcs, gekennzeichnet dadurch, daß die den Regelungsgleichstrom erzeugende Maschine von einem asynchronen Wechselstrommotor angetrieben wird, dessen Umdrehungszahl von dem die Regelung notwendig machenden Wechselstrom beeinflußt \vird, dadurch, daß derselbe direkt den Primäranker des Asynchronmotors oder die Primärwickehmg ■ eines Transformators durchfließt, welcher den Asynchronmotor speist.

   ■2. Bei dem Verfahren nach i. die Anwendung eines oder mehrerer Transformatoren mit regelbarem Übersetzungsverhältnis nach Patentschrift 132439 oder 133340 an Stelle eines gewöhnlichen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.