DE218400C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 218400-KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. November 1908 ab.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, durch welche die Belastung eines Mehrphasenmotors mit Schwungrad bei veränderlicher Belastung des Elektrizitätserzeugers mittels eines Hilfsmotors, Dampfmaschine o. dgl. gleichförmig erhalten werden soll. Wenn man eine Gruppe, die aus einem Asynchronmehrphasenmotor und einem Schwungrad besteht, stark belastet, so nimmt die Geschwindigkeit des Motors ab, während die Schlüpfung und folglich auch der vom Motor aufgenommene Strom steigt. Die mechanische Leistung, welche eine solche Gruppe an eine Gleichstrommaschine oder andere direkt damit gekuppelte Maschine abgibt oder auch einer Transmission überträgt, setzt sich in jedem Augenblick aus zwei Faktoren zusammen. Erstens aus der Leistung des Motors, welcher der Schlüpfung proportional ist und zweitens aus der Leistung des Schwungrades, welche der lebendigen Kraft proportional ist.

ligner hat den Vorschlag gemacht, in den Rotorkreis des Mehrphasenmotors einen veränderlichen Widerstand so einzuschalten, daß für alle Schlüpfungen der Rotorstrom annähernd konstant bleibt. Hierdurch wird die Stromaufnahme des Mehrphasenmotors vollständig von der veränderlichen Leistung der Gruppe unabhängig. Aber es haben sich bei dieser Anordnung gewisse Nachteile herausgestellt.

i. Je größer man die maximal zulässige Schlüpfung wählt, um so größer wird der Widerstand des Rotorkreises, unf so größer also auch die Verluste in diesem Widerstände und weiter um so teurer der Widerstand selbst und endlich um so schlechter der Wirkungsgrad.

2. Je kleiner man die maximal zulässige Schlüpfung nimmt, um so größer wird die Schwüngmasse, die zum Ausgleich der Belastungsschwankungen notwendig wird.

3. Wird der veränderliche Widerstand, wie gewöhnlich, aus Metallwiderständen mit Kontaktstücken hergestellt, so tritt eine starke Abnutzung der Kontaktstücke auf, so daß man fast durchweg zu Flüssigkeitswiderständen überzugehen gezwungen war.

Im folgenden soll nun eine neue Anordnung beschrieben werden, welche die Nachteile des Ilgnersystems nicht hat. Der Rotor der Mehrphasenmaschine a, welche in Fig. 1 als Drehstrommotor dargestellt ist, wird an eine Hilfsgruppe angeschlossen, die aus einer Mehrphasenmaschine b und aus einem Antriebsmotor c mit konstantem Drehmoment besteht. Als Mehrphasenmaschine kann sowohl ein asynchroner Motor mit Käfigwicklung oder mit Schleifringrotor als auch ein synchroner Generator gewählt werden. Die Achse des Motors α trägt das Schwungrad e.

Betrachtet man nun zuerst den Fall, daß die Gruppe aus einem- asynchronen Motor und einer Dampfmaschine besteht, die innerhalb eines weiten Bereiches ihrer Geschwindigkeit keine Regulierung des Dampfeintrittes, also

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annähernd konstantes Drehmoment besitzt. Die Dampfmaschine der Hilfsgruppe treibt den mit ihr gekuppelten asynchronen Motor an, der also in diesem Falle als asynchroner Generator Energie in den Rotor des Hauptmotors schickt. Da nun das Drehmoment der Dampfmaschine innerhalb eines großen Bereiches seiner Geschwindigkeit nahezu konstant ist, so folgt unmittelbar, daß die vom

ίο asynchronen Generator in den Rotorkreis des Hauptmotors abgegebene Energie der Geschwindigkeit der Hilfsgruppe proportional sein muß. Es zeigt sich nun folgendes am Haüptmotor: seine Geschwindigkeit steigt über die synchrone Tourenzahl, und zwar annähernd um ebenso viel, als die auf die gleiche Polzahl bezogene Tourenzahl der Hilfsgruppe ausmacht. Der vom Netz entnommene Strom ist ferner annähernd konstant, welches auch die Belastung der Gruppe Hauptmotor -f Schwungmasse sein möge, d. h. die Schwungmasse wird auf einfache Weise gezwungen, alle Belastungsschwankungen aufzunehmen, während das Netz fast vollständig konstant belastet ist. Der Betrieb geschieht wie folgt:

Wenn der Hauptmotor mit dem Schwungrad gekuppelt eine starke Belastung erfährt, so nimmt seine Umdrehungszahl ab und somit auch dfe dem asynchronen Generator zugeführte Periodenzahl. Es wird also der Unterschied zwischen der eigentlichen Tourenzahl des asynchronen Generators und der der zugeführten Periodenzahl entsprechenden asynchronen Tourenzahl größer, und der Strom des asynchronen Generators muß anwachsen. Hieraus ergibt sich, daß das Gegendrehmoment des asynchronen Generators beträchtlich größer wird als das Drehmoment der Dampfmaschine. Die Hilfsgruppe verlangsamt sich, bis das Drehmoment der Dampfmaschine und das Drehmoment des asynchronen Generators sich von neuem kompensieren. Es gehen aber in Wirklichkeit diese Veränderungen nicht sprungweise, sondern allmählich vor sich, so daß sich der Strom nur um wenige Prozente ändert, welche zur Bestimmung der entsprechenden Umdrehungszahl der Hilfsgruppe genügen. Die Dampfmaschine einer Hilfsgruppe liefert also einmal reguliert ein bestimmtes Drehmoment und bedingt somit einen bestimmten Netzstrom, welcher der mittleren Belastung entsprechen muß. Will man den Netzstrom regeln, so genügt es, die Füllung der Dampfmaschine oder die Drosselung des Dampfes zu regeln.

Nur wenn die Hilfsgruppe die zulässige Maximalgeschwindigkeit erreicht, tritt ein Zentrifugalregler zur Wirkung und schließt den Dampfzutritt für die Hilfsgruppe ab. Der Netzstrom fällt plötzlich auf Null oder auf einen bestimmten Minimalwert. Die Wirkung des Regulators der Dampfmaschine ist also eine sehr einfache. Nimmt man z. B. an, daß die synchrone Tourenzahl des Hauptmotors 300 ist, und daß man innerhalb 370 und 320 Touren einen konstanten Netzstrom haben will, während man über 370 aus mechanischen Gründen nicht gehen will. Während der Hauptmotor 20 Pole hat, führt man den Hilfsmotor mit 4 Polen aus, seine Tourenzahl wird also

(370 — 300) = 350 sein (von der Eigen-

schlüpfung abgesehen), wenn der Hauptmotor 370 Touren hat. Erst bei dieser Tourenzahl greift der Zentrifugalregulator ein, während er bei allen niedrigen Tourenzahlen ohne Einfluß auf den Dampfeintritt ist. Wohl aber muß eine Regulierung des Dampfeintrittes vorhanden sein, die von dem Arbeiter betätigt werden kann, um den Netzstrom regulieren zu können. Da man jetzt in der Wahl der Schlüpfung keine Rücksicht mehr auf die Verluste im Widerstand zu nehmen hat, so kann man bedeutend höhere Werte der Schlüpfung und mithin bedeutend geringere Werte für die Schwungmassen zulassen. Mit den verminderten Schwungmassen vermindern sich auch die konstanten Verluste der Anlage, was besonders bei Anlagen mit größeren Ruhepausen günstig ist. Ja, mit Rücksicht auf die kleineren Schwungmassen kann man sogar mit Vorteil die Gruppe bereits abstellen, wo es sich bei der Ilgnergruppe noch nicht verlohnen würde.

Wenn man einen synchronen Generator an Stelle eines asynchronen Generators, wie bisher angenommen, setzt, so ergeben sich noch zwei weitere Vorteile, nämlich:

1. Eine Regelung des Netzstromes auf cos φ = r oder sogar mit Voreilung.

2. Das Anlassen des Motors und des Schwungrades kann einfach. mittels der Hilfsgruppe erfolgen. Hierzu kann man den Hauptmotor auf der Hochspannungsseite kurzschließen und ihn dann wie einen normal asynchronen Motor vom Rotor aus anlassen. Zweckmäßig wählt man dann den synchronen Hilfsgenerator mit zwei Wicklungen, entsprechend verschiedenen Polzahlen.

Die Ausführungsform der Fig. 2 löst dieselbe Aufgabe wie die Anordnung nach Fig. 1 unter Vermeidung eines besonderen Hilfsgenerators als Zwischenglied. Die Dampfmaschine c besitzt ein konstantes Drehmoment und treibt den Rotor d (oder den Stator) des Hauptmotors α an, während der Stator (bzw. der Rotor) unmittelbar oder mittelbar mit dem Schwungrade e gekuppelt ist. Während der eine Teil des Hauptmotors an das Netz angeschlossen ist, besteht der andere Teil aus einem Käfiganker oder einem Schleifringanker; eventuell können auch mit Gleichstrom erregte

Feldpole gewählt werden, um einen synchronen Motor zu erhalten, falls die Erzeugung eines voreilenden Stromes vom Synchronmotor gewünscht wird.

Die beiden Teile α und d des Hauptmotors (Fig. 2) drehen sich in gleichem Sinne, und zwar besitzt der Teil, der mit dem Schwungrade gekuppelt ist, eine höhere Geschwindigkeit als der Synchronismus, während der andere Teil eine Geschwindigkeit annimmt, welche der Differenz zwischen der Geschwindigkeit des ersten Teiles und der Umdrehungszahl des Synchronismus gleich ist. Wie im Falle der Fig. 1 liefert der Motor c ein sich gleichbleibendes Drehmoment, derart, daß der Häuptmotor ebenfalls ein sich gleichbleibendes Drehmoment entwickelt, d. h. also, daß der Strom sich annähernd gleichbleibt.

Wie bereits erwähnt, hängt die Ausführungsmöglichkeit für die vorliegende Erfindung nicht davon ab, daß man eine Dampfmaschine verwendet; es ist nur ein Antriebsmotor c erforderlich, der ein sich gleichbleibendes Drehmoment besitzt, es kann also auch z. B. ein Gasmotor oder ein auf annähernd konstantes Drehmoment eingestellter elektrischer Motor Anwendung finden.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Vorrichtung zur Konstanthaltung des ¹ Netzstromes eines mit einer Schwungmasse gekuppelten Mehrphasenmotors bei variabler Belastung dieser Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftmotor, dessen Drehmoment innerhalb weiter Grenzen konstant eingestellt ist, mit einem synchronen oder asynchronen Mehrphasengenerator gekuppelt ist, der in Serie mit dem sekundären Teil des Hauptmotors geschaltet ist, zu dem Zweck, das vom primären Teil des Hauptmotors auf den sekundären Teil ausgeübte Drehmoment und somit auch annähernd den Netzstrom des Hauptmotors konstant zu halten, wobei der mit Schwüngmasse gekuppelte Hauptmotor übersynchron läuft.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom primären Teil des Hauptmotors auf den sekundären Teil ausgeübte Drehmoment durch den in Anspruch 1 erwähnten Kraftmotor in direkter Weise, unter Vermeidung eines besonderen Hilfsgenerators als Zwischenglied, dadurch konstant gehalten wird, daß der Kraftmotor mechanisch auf den drehbar angeordneten primären Teil des Hauptmotors einwirkt, wobei dann der mit der Schwungmasse gekuppelte sekun-* däre Teil des Hauptmotors übersynchron läuft.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Synchronmaschine in der Hilfsgruppe verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsgruppe gleichzeitig zum Anlassen der Hauptgruppe benutzt wird. •
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmotor bei einer bestimmten maximalen Tourenzahl sein Drehmoment bis auf Null vermindert und so eine Vergrößerung der Tourenzahl des Hauptmotors über eine bestimmte Grenze hinaus verhindert.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

   Berlin, gedruckt im der reiChsdruckerei.