DE159168C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

- Ja 159168 KLASSE 21 d.

Es ist allgemein bekannt, daß die Klemmenspannung einer synchronen Wechselstrommaschine konstant gehalten werden kann, indem man die Spannung P_e an den Erregerklemmen von dem Belastungsstrom der Wechselstrommaschine abhängig macht. In der Patentschrift 129552 ist gezeigt worden: erstens, wie eine der Erregerspannung proportionale Wechselspannung erzeugt wird, und zweitens, wie diese Wechselspannung mittels eines rotierenden Umformers in eine Gleichspannung umgewandelt wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Umformer leicht pendelt und bei Kurzschlüssen im Netz außer Tritt fällt. Würde man, um dies zu vermeiden (wie z. B. in dem schweizer Patent 18484 vorgeschlagen), den Umformer mit dem Generator mechanisch kuppeln, so würde durch die mechanische Kupplung zwisehen Umformer und Generator Energie übertragen werden, wodurch der Umformer von dem Generator Ströme aufnehmen würde, die eine Kompoundierung unmöglich machten.
Um die Energieübertragung zwischen Umformer und Generator zu vermeiden, soll nun zur Umformung des Wechselstromes ein Drehfeldumformer benutzt werden, bestehend aus einem gewöhnlichen Umformeranker mit Kommutator, der von einem Statoreisen ohne Gleichstromerregung und ohne körperliche Pole umgeben und synchron mit der Hauptmaschine von deren Welle aus mechanisch angetrieben wird.

Bei einem derartigen Drehfeldumformer, der zuerst aus den Arbeiten von Hutin & Leblanc unter dem Namen Panchahuteur bekannt geworden ist, macht die Kommutation die größten Schwierigkeiten. Wenn man aber durch Anwendung der Ankerwicklung nach Patent 156959 ein direktes Kurzschließen der einzelnen Ankerspulen vermeidet, und wenn man in der Kommutierungszone Amortiseure anwendet zur Dämpfung der Strompulsationen, welche in den unter den Bürsten liegenden Spulen auftreten, so ist es möglich, eine funkenfreie Kommutation zu erreichen und die Maschine zur Kompoundierung von Wechselstrommaschinen beliebiger Größe zu benutzen.

Man erhält also zur Kompoundierung von synchronen Wechselstrommaschinen folgende Kombination: Mit der synchronen Wechselstrommaschine wird in irgend einer Weise ein Drehfeldumformer ohne Gleichstromwicklung und ohne körperliche Pole derartig mechanisch gekuppelt, daß er synchron mit der Wechselstrommaschine umläuft. Diesem Umformer führt man eine Wechselspannung zu, welche in bekannter Weise in den Sekundärwicklungen eines Hauptschluß- und eines Nebenschlußtransformators erzeugt wird. Der vom Drehfeldumformer gelieferte Gleichstrom wird zur Erregung der Feldmagnete der Wechselstrommaschine benutzt.

In Fig. ι ist das Schaltungsschema einer kompoundierten Dreiphasensynchronmaschine dargestellt. I, II und III sind die Ankerwicklungen des Dreiphasengenerators G. In Reihe mit dieser sind die Primärwicklungen der Hauptschlußtransformatoren HT₁, HT₂ und HT₃ geschaltet. Parallel zu den Primärwicklungen liegen drei Widerstände R₁, R₃

und R₃ zur Regelung der Größe und Phase des Primärstromes in den drei Hauptschlußtransformatoren. Im Nebenschluß zu den Sammelschienen liegen die Primärwicklungen der Nebenschlußtransformatoren N T₁, N T₂ und iV T_a. Die Sekundärwicklungen des Hauptschlußtransformators und des Nebenschlußtransformators sind hintereinander geschaltet und durch nicht gezeichnete Bürsten

ίο und Schleifringe mit den drei Wicklungen A₁, A₂ und A₃ des Drehfeldumformers verbunden, der mechanisch von der Welle der Hauptmaschine aus angetrieben wird. Den umgeformten Strom nimmt man von' den Bürsten B ab und schickt ihn durch die Feldwicklung GF des Hauptgenerators. Durch den Kommutator und die Feldwicklung G F werden somit die Sekundärwicklungen geschlossen. L sind die Sammelschienen oder die drei Leitungen des Netzes. T₁, r₂ und r_s sind drei Regulierwiderstände, um die ganze Kompoundierung genau einstellen zu können. J₀ ist das stillstehende Stätoreisen des Drehfeldumformers und A_1n kleine Amortiseure in der Bürstenzone.

Statt einen besonderen Nebenschlußtransformator zu verwenden, kann man auch eine Hilfswicklung auf den Generator G legen. Man spart dadurch einen Transformator. Um auch die Hilfswicklung zu sparen, kann man einen Teil der Hauptwicklung an Stelle der Hilfswicklung benutzen, indem man die eine Klemme der Sekundärwicklung des Hauptschlußtransformators mit einem passenden Punkte der Hauptwicklung des Generators G verbindet und die andere Klemme an die Ankerwicklung des Drehfeldumformers anschließt, welche in diesem Falle dreiphasig wird. Man kann auch, wie von P. Boucherot vorgeschlagen und in Fig. la gezeigt, den Hauptschlußtransformator als Einspulentransformator mit nur einer Wicklung ausführen. Der Nebenschlußtransformator fällt dann auch .weg, und die Primärwicklung des einspuligen Serientransformators wird an einer passenden Stelle in die Ankerwicklung des Generators eingeschaltet. Diese Stelle ist so weit von dem neutralen Punkte entfernt, wie die Nebenschlußerregerspannung erfordert.

Die Kompoundierung wird wie folgt eingestellt: Bei Leerlauf werden die Bürsten am Kommutator zuerst eingestellt, und zwar so, daß man die größtmögliche Spannung erhält. Hierauf wird noch bei Leerlauf die normale Spannung durch passende Wahl des Übersetzungsverhältnisses im Nebenschlußtransformator einreguliert. Das richtige Übersetzungsverhältnis des Hauptschlußtransformators wird bei rein induktiver Belastung einreguliert und die zu den Primärwicklungen des Hauptschlußtransformators parallel geschalteten Widerstände R₁, R.₂ und jR₃ werden bei möglichst induktionsfreier Belastung eingestellt.

Bei Einphasenmaschinen erzeugt die kornpoundierte Wechselspannung in dem Umformer kein Drehfeld, sondern nur ein Wechselfeld. Die Gleichstromspannung würde deswegen stark pulsieren, wenn nicht diese Pulsationen durch eine auf dem Statoreisen des Umformers angebrachte Kurzschlußwicklung" beseitigt würden.

In Fig. 2 ist das Spannungsdiagramm des Erregerstromkreises dargestellt. Der vertikale . Vektor E stellt die Richtung der bei Leerlauf im Generator und Umformer induzierten E. M. K. dar. P ist der Spannungsvektor des belasteten Generators, der den Winkel Θ mit dem E. M. K.-Vektor bildet. J ist der Stromvektor des Generators, welcher der Spannung P um den Winkel φ und der E. M. K. um den Winkel \p nacheilt. E₁ ist die in der Sekundärwicklung des Nebenschlußtransformators induzierte E. M. K. und E₂ die in der Sekundärwicklung des Hauptschlußtransformators induzierte E. M. K., wenn die Widerstände JR₁, R₂ und R₃ unendlich groß sind. Verkleinert man diese, so geht nur ein Teil J₁ des Stromes J durch die Primärwicklung des Hauptschlußtransformators und der übrige Teil J₂ durch die Widerstände. Die in der Sekundärwicklung induzierte E. M. K. ist in dem Falle E\ und steht auf J₁ fast senkrecht. Wie ersichtlich, ändert sich die Phase der E. M. K. E \ mit der Größe der Widerstände R. Die Bürsten B des Drehfeldumformers werden, wie oben erwähnt, so eingestellt, daß sie bei Leerlauf in der neutralen Zone stehen. Es wird deswegen bei Belastung zwischen denselben eine Spannung induziert, die der Projektion P_e der aus E₁ und E₂ resultierenden E. M. K. auf dem Ε-Vektor proportional ist, und es läßt sich zeigen, daß diese Spannung eben die erforderliche Erregerspannung bei Belastung ist.

Daraus, daß der aus E₁ und E₂ resultierende Spannungsvektor nicht mit dem E. M. K.-Vektor zusammenfällt, folgt, daß ein gewöhnlicher rotierender Umformer, auf dessen Anker man die kompoundierte Erregerspannung einwirken läßt, nicht mit dem Hauptgenerator mechanisch gekuppelt werden darf; denn wenn der Spannungsvektor des Umformers dem E. M. K.Vektor voreilt, so arbeitet der Umformer außerdem als Synchronmotor und nimmt einen Wattstrom auf, der die Kompoundierung stört.

Der in Fig. 1 dargestellte Drehfeldumformer nimmt außer dem Wattstrome für die Felderregung der Hauptmaschine auch noch einen wattlosen Strom zur Erzeugung des Drehfeldes im Umformer selbst auf. Dieser wattlose Magnetisierungsstrom würde bei ge-

wohnlichen Umformern durch eine passende Felderregung beseitigt werden können.

Im vorliegenden Falle, wo der Umformer mit der Hauptmaschine mechanisch gekuppelt ist, ließe sich der Magnetisierungsstrom des Drehfeldumformers ohne schädlichen Einfluß auf die Kompoundierung nur durch eine Felderregung des Drehfeldumformers beseitigen, welche in der Ankerwicklung des Drehfeld-Umformers eine E. M. K. in Phase mit dem Spannungsvektor induziert. Eine solche Felderregung kann in der Weise erzielt werden, daß man auf dem Statoreisen J₀ (Fig. i) eine Zweiphasenwicklung anordnet, deren eine

15. Phase Strom von den Bürsten B und deren zweite Phase Strom von einem zweiten Bürstenpaare, welches um 90° gegen die Bürsten B verschoben ist, erhält. Eine derartige Erregermaschine ist in der Patentschrift 144576 beschrieben worden. Diese Erregermaschine dient aber zur Erregung einer asynchronen Wechselstrommaschine, welche bei einer passenden Belastung auch synchron umlaufen kann, ohne jedoch die Eigenschaften einer Synchronmaschine zu besitzen.

Da die Statorwicklung den Drehfeldumformer verteuert und die Einstellung der Kompoundierung erschwert, so ist die hier vorgeschlagene Anordnung· ohne Wicklung auf dem Statoreisen für synchrone Wechselstrommaschinen der in der Patentschrift 144576 beschriebenen vorzuziehen.

Bei Synchronmotoren und Phasenreglern spielt das Anlassen eine wichtige Rolle. In dem Falle, wo dieselben kompoundiert sind, schließt man beim Anlassen die Gleichstromwicklung der Feldmagnete kurz und legt Spannung an die Ankerklemmen. Es entstehen dann Wechselströme in der Feldwicklung und Wirbelströme in dem Feldeisen, welche wie bei Asynchronmaschinen ein Drehmoment erzeugen. Die Maschine läuft annähernd wie ein Asynchronmotor an. Nachdem die Maschine fast auf synchrone Tourenzahl gekommen ist, läuft sie als Reaktionsmaschine von selbst in den Synchronismus hinein. Man öffnet nun die Feldwicklung und schaltet dieselbe auf den Drehfeldumformer, und die Maschine arbeitet nunmehr als kompoundierter Synchronmotor.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Anordnung zur Kompoundierung von synchronen Wechselstrommaschinen mittels eines Hauptschluß- und eines Nebenschluß-Transformators, deren Sekundärwicklungen in Serie geschaltet sind, oder eines Kompoundtransformators zur Speisung eines Erregerumformers, der mit der Wechselstrommaschine mechanisch gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerumformer als Wechselstrom-Gleichstromumformer ohne Erregerwicklung und ohne körperliche Pole ausgeführt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

   Berlin. GEbKUCKT in Der reichsdruckerei.