DE161533C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

M 161533 KLASSE 21 d.

Vorliegende Neuerung betrifft eine Einrichtung zur Tourenregulierung von Wechselstrommaschinen und soll an Hand der Figur erläutert werden.

Ein Asynchronmotor A und eine Synchronmaschine B sind auf gleicher Welle gekuppelt. Der Primäranker des Asynchronmotors erhält seinen Strom mit einer Periodenzahl n> von dem Netz N, während sein Sekundäranker mit dem Läufer einer asynchronen Zwischenmaschine Z verbunden ist, deren Ständer mit dem umlaufenden Teil 'der Synchronmaschine S in Verbindung steht. Die Erregung der Synchronmaschine S erfolgt unter

J-5 Zwischenschaltung eines regelbaren Widerstandes R von einer Gleichstromquelle -| .

Die Zwischenmaschine Z wird von einer beliebigen Antriebsmaschine mit gleichbleibender Umdrehungszahl angetrieben. Es sei der ■²⁰ Einfachheit halber vorausgesetzt, daß alle drei Maschinen mit gleicher Polzahl gebaut seien, alsdann muß die Zwischenmaschine Z mit einer Geschwindigkeit angetrieben werden, die der Periodenzahl yv entspricht. Bezeichnete die Periodenzahl der Schlüpfung in dem Sekundäranker des Asynchronmotors A, so ist die Umdrehungszahl der für den Motor A und S gemeinsamen Welle w — x. Die gleiche Periodenzahl hat der zwischen den Schleifringen des Synchronmotors 5 und dem Ständer der Maschine Z fließende Strom. Da nun die Zwischenmaschine mit einer der Periodenzahl w entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben wird, so ist ohne weiteres ersichtlich, daß an den Schleifringen der Zwischenmaschine Z eine Spannung von der Frequenz χ auftreten wird. Denn die im Läufer auftretende Periodenzahl ist gegeben durch die Differenz w — (w — x) = x. Es zeigt sich also, daß an den Schleifringen von Z dieselbe Periodenzahl χ herrscht wie an den Schleifringen von A. Diese beiden Schleifringsätze dürfen also miteinander verbunden werden, wobei natürlich die Verbindung so herzustellen ist, daß der von A ausgehende Strom in Z ein Drehfeld gleicher Richtung erzeugt, wie sie der Induktion des Ständers von Z auf seinen Läufer entspricht. Da diese Übereinstimmung für alle Werte von χ gilt, bietet die in der Figur dargestellte Maschinengruppe die Möglichkeit, durch Regelung des Widerstandes R und daraus folgender Veränderung der in der Synchronmaschine S und daher auch der an den Schleifringen der Maschine Z auftretenden elektromotorischen Kraft (elektromotorische Kraft der Schlüpfung) die Geschwindigkeit der Welle A S zu verändern. Steigt z. B. durch Verstärkung der Erregung von S die Schleifringspannung an Z, so muß der Motor A so lange schlüpfen, bis durch allmähliches Wachsen der Schleifring-Spannung von A das Gleichgewicht wieder hergestellt ist.

Die Kurve der im Läufer von A induzierten Spannung in Abhängigkeit von der Tourenzahl ist in Fig. 2 durch Kurve I dargestellt. Vom Stillstand des Motors bis zum Synchronismus fällt die Kurve I von einem

bestimmten Wert geradlinig auf Null. Führt man dem Läufer eine konstante Spannung von einer der jeweiligen Wechselzahl im Läufer entsprechenden Wechselzahl zu — z. B. Kurve II in Fig. 2 —, so gibt es nur eine Tourenzahl, für welche die Bedingung der Gleichheit der induzierten und der zugeführten Spannung erfüllt ist. Diese Tourenzahl ist in Fig. 2 durch die Linie a-b bezeichnet. Es ist keineswegs notwendig, daß die Kurve II eine zur Abszissenachse parallele Gerade ist. Es kann eine beliebige Kurve sein, nur muß sie einen Schnittpunkt mit der Kurve I haben. Dieser Schnittpunkt bestimmt die Tourenzahl des Motors, und die Regelung erfolgt durch Veränderung der Lage des Schnittpunktes.

Im folgenden soll nun der Charakter der dem Läufer der Zwischenmaschine von der Synchronmaschine her aufgedrückten Spannung ermittelt werden, d. h. derjenigen Spannung, welche dem Läufer des Asynchronmotors zugeführt wird (Kurve II):

ι. unter Annahme konstanter Erregung der Synchronmaschine,

2. unter Annahme, die Erregung der Synchronmaschine sei der Tourenzahl proportional,

3. unter Annahme, die Erregung sei teilweise konstant und teilweise proportional der Tourenzahl.

i. Von der Tourenzahl des Aggregates unabhängige konstante Erregung der Synchronmaschine (Fig. 3).

Die Spannung E_s der Synchronmaschine ist in diesem Fall eine der Tourenzahl proportionale und wird durch eine Gerade dargestellt. Führt man diese Spannung dem Ständer der Zwischenmaschine zu, so ist die im Läufer derselben induzierte Spannung

F — F

Z^j i^s

■ X

wobei w die Tourenzahl der Zwischenmaschine, χ die Periodenzahl der Schlüpfung der Doppelmaschine und w — χ die Periodenzahl der zugeführten Spannung ist.

w χ

ist aber eine Konstante, da E_s proportional n> — χ ist, und demnach ist die gesuchte Spannungskurve (proportional x, d. h. der Tourenzahl bezw. Schlüpfung der Maschine) eine Gerade, welche beim Synchronismus die Abszissenachse schneidet. Durch den Spannungsabfall, den die Magnetisierung des Ständers der Zwischenmaschine in der Synchronmaschine hervorruft, werden die beiden Geraden deformiert, so daß ihr wirklicher Verlauf etwa so ist, wie in der Figur durch ,Strichelung angedeutet. Der Charakter der Kurve E₁ ist aber derartig, daß er für die Tourenregulierung sehr ungeeignet ist, da der Schnittpunkt mit der Kurve I in die Abszissenachse fällt. Um eine für die Tourenregulierung brauchbare Kurve E^ zu erhalten, muß die Erregung für verschiedene Tourenzahlen der Welle A S geändert werden.

2. Die Erregung der Synchronmaschine nimmt proportional der Tourenzahl zu (Fig. 4).

Die Kurve E_s ist eine quadratische. Auch die Kurve E₁ ist quadratischer Natur; sie hat mit der Kurve I zwei Schnittpunkte, und zwar einen beim Synchronismus und einen unterhalb desselben. Der Fall des Synchronismus kommt nicht in Betracht. Der andere Schnittpunkt läßt sich verlegen durch die Größe der Erregung. Die Grenze, in der eine gute Regelung möglich ist, wird um so weiter, je höher die Potenz der in Betracht kommenden Kurve ist.

3. Um die Grenze der Regulierung nach unten noch weiter zu verschieben, kann man über die mit der Tourenzahl der Doppelmaschine veränderliche Erregung eine konstante Erregung lagern. > Man kann dann unterhalb des Synchronismus die Tourenzahl in sehr weiten Grenzen ändern, indem man den Wert der mit der Tourenzahl veränderlichen Erregung und den der konstanten Erregung entweder für sich allein oder beide gleichzeitig verändert.

Der zur zweckmäßigen Regelung der Umlaufszahl notwendige Verlauf der Kurve ist auch beispielsweise durch einen Fliehkraft- _v regler zu erzielen, der mit zunehmender Umdrehungszahl die Erregung der Maschine S verstärkt. Es sind noch andere Mittel zur Erreichung dieses Zweckes möglich, es kommt lediglich darauf an, die Erregung mit veränderlicher Tourenzahl derart zu ändern, daß ein nicht linearer Verlauf der Spannungskurve erreicht wird. a

Die Synchronmaschine arbeitet stets als Motor, während die Zwischenmaschine, je nach Größe der Schlüpfung des Asynchronmotors, als Generator oder Motor arbeiten kann. Die auf den Synchronmotor übertragene Energie verhält sich zu der von A auf-

•^ . . w — χ ... genommenen Energie immer wie ■> wahrend die vom Läufer von A abgegebene Leistung sich zur Energieaufnahme von A verhält wie χ zu w. Demnach ist das Verhältnis der von der Zwischenmaschine Z elektrisch aufgenommenen zu der von ihr an den Synchronmotor abgegebenen Leistung wie

w — χ
Die Zwischenmaschine arbeitet also als

Generator, wenn

kleiner als 1 ist, als

größer als ι ist. Im

letzteren Falle gibt die Zwischenmaschine auch Kraft an den mechanischen Antrieb ab.

Motor, wenn

w —χ

Falle gibt

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Einrichtung zur Regelung der Tourenzahl einer mit einer Synchronmaschine mechanisch und elektrisch gekuppelten Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in den sekundären Stromkreis des Asynchronmotors der Läufer (Ständer) einer mit konstanter Umdrehungszahl angetriebenen asynchronen Maschine eingeschaltet ist, während der Ständer (Läufer) dieser Maschine mit der Synchronmaschine in Verbindung steht, deren Erregerstrom geändert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.