DE229310C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Führt man dem Rotor und Stator einer Drehfeld-Induktionsmaschine Spannungen verschiedener Periodenzahlen zu, so läuft der Rotor mit einer Drehzahl, die der Summe der beiden Frequenzen entspricht, wenn die Stator- und Rotordrehfelder gegensinnig in bezug auf ihre Wicklungen laufen. Dagegen entspricht die Drehzahl der Differenz der beiden Frequenzen, wenn beide Drehfelder gleichsinnig umlaufen.

Beide Anordnungen können sowohl als Generator wie auch als Motor verwandt werden, je nachdem man sie von außen in schnellere oder langsamere Drehung" zu bringen sucht, als der Summe bzw. Differenz der Frequenzen entspricht, die ihren Statoren und Rotoren aufgedrückt sind.

In beiden Fällen muß man im allgemeinen den wattlosen Magnetisierungsstrom von außen zuführen, entweder dem. Stator oder dem Rotor, oder auch beiden zugleich.

Schaltet man nach Fig. 1 zwei Drehfeldmaschinen g und in mit ihren Statoren und Rotoren zusammen und magnetisiert sie von einer äußeren Stromquelle ί aus mit Mehrphasenstrom, so kann man die eine, z. B. g, als Generator, die andere m als Motor verwenden. Sind im Stator- und Rotorstromkreis sämtliche gleich gelegene Phasen wicklungen beider Maschinen-aneinandergeschlossen, so drehen sich die Magnetfelder in beiden vollkommen gleichartig, so daß synchroner Gang zwischen den Rotoren vorhanden sein muß. Wenn, wie in Fig. i, durch die äußere Stromquelle s nur eine Frequenz, z. B. die der Rotoren, gegeben ist, so kann die Drehzahl des Generators, beliebig gewählt werden. In seinem Stator entsteht dann eine andere Frequenz, die bewirkt, daß der Motor stets genau synchron mit dem Generator läuft.

In Fig. ι ist durch Pfeile die Richtung des Energieflusses eingezeichnet, unter der Annahme, daß die Maschinen mit einer Drehzahl¹ laufen, die der Summe aus Stator- und Rotorfrequenz entspricht. Der Generator g liefert sowohl im Stator als auch im Rotor elektrische Energie nach außen, während der Motor m in beiden Teilen Energie aufnimmt und zusammen in mechanische Energie verwandelt. Die äußere Energiequelle, etwa eine Synchronmaschine s, hat also im wesentlichen nur die Magnetisierungsenergie beider Maschinen zu liefern.

Gänzlich andere Eigenschaften erhält nun das System der beiden Drehfeldmaschinen, wenn man im Rotor- oder Statorkreis die Verbindung zweier Phasen vertauscht. Während sich in der früheren Schaltung die Rotor- und Statordrehfelder entweder in beiden Maschinen gleichsinnig" oder in beiden gegensinnig bewegten, so rotieren sie jetzt in einer Maschine gleichsinnig, in der anderen gegensinnig. Entspricht also die Drehzahl des Generators beispielsweise der Summe der Stator- und Rotorfrequenzen, so wird der Motor eine Geschwindigkeit annehmen, die ihrer Differenz entspricht.

Diese Anordnung" soll nun für Arbeitsübertragungszwecke Verwendung finden, in der Weise, daß der Generator mit konstanter — oder nahezu konstanter — Drehzahl angetrieben wird und seine Energie an den Motor liefert, dessen Drehzahl auf beliebige positive oder negative Werte reguliert werden kann.

Offenbar widersprechen sich diese beiden Forderungen nicht, da durch die Generatorgeschwindigkeit nur die Summe der Stator- und Rotorfrequenzen bestimmt wird, während ihre Differenz, welche die Motorgeschwindigkeit bestimmt, noch beliebig wählbar ist.

Wenn W₁ und P₁ die sekundliche Drehzahl

und die Polpaarzahl des Generators bedeuten,

' W₂ und p₂ dieselben Größen am Motor, und ίο wenn w und ν die Frequenzen der Ströme in den Statoren und Rotoren sind, so bestehen zwischen diesen Größen die Beziehungen

ft-t P₁ ~ w -j- ν

Wenn die Generatordrehzahl beispielsweise konstant gehalten wird, so bestimmt sich die des Motors in Abhängigkeit von den Frequenzen zu

\«2 p_% — U₁P₁ — 2 ν — 2 w — U₁P₁.

Variiert man also, wie in Fig. 2 angenommen, durch eine beispielsweise an den Rotorkreis angeschlossene Synchronmaschine s, die wieder die Magnetisierung liefert, die Frequenz v, so kann man damit die Motordrehzahl auf jeden beliebigen positiven oder negativen Betrag bringen.

Eine genauere Betrachtung zeigt nun aber, daß die Synchronmaschine s, die bestimmungsgemäß nur zum Steuern des Motors und zur Deckung der Magnetisierungsenergie dienen sollte, elektrische Energie aufnehmen muß, sobald der Motor ein Drehmoment ausübt. Dreht sich dieser beispielsweise, wie es meist der Fall sein wird, in bezug auf seine Statorfrequenz mit untersynchroner Geschwindigkeit, dann gibt sein Rotor elektrische Energie ab, die, wie Fig. 2 zeigt, zusammen mit der Rotorenergie des Generators in die Steuermaschine ί fließt. Um also den Motor ni in Betrieb zu setzen, hat man der Steuermaschine s, die anfangs in halbem Synchronismus mit dem Generator läuft, mechanische Energie zu entziehen, und zwar entsprechend dem doppelten Drehmoment des Motors m. Bei konstantem Motormoment muß auch das Bremsmoment der Steuermaschine bei allen Geschwindigkeiten dasselbe bleiben. Dreht- sich die Steuermaschine sehr langsam, so läuft der Motor fast synchron mit dem Generator. Die Energie, die der Steuermaschine entzogen werden muß, entspricht also stets dem gerade auftretenden Drehmoment des Motors, multipliziert mit der Abweichung der Motorgeschwindigkeit von der synchronen Geschwindigkeit gegenüber dem Generator.
. Die Anordnung in der bisherigen Schaltung ist also noch nicht sehr brauchbar, weil ein großer Teil der im Generator erzeugten Energie von der Steuermaschine als mechanische Energie wieder fortgeleitet werden muß. Es soll daher die im Rotorkreis vorhandene überschüssige Energie in einen Frequenzwandler geleitet, werden, der sie auf die Periodenzahl des Statorkreises umwandelt, so daß man sie diesem wieder zuführen kann. Gleichzeitig damit soll die Spannung der übertragenen Energie auf die Statorspannung transformiert werden. Sowohl die Frequenz- als auch die Spannungstransformation muß gemeinsam mit der Drehzahl geregelt werden, derart, daß die am Frequenzwandler auftretenden Primär- und Sekundärperiodenzahlen eine konstante Summe haben, die der Generatordrehzahl entspricht, und daß die Spannung der primären und sekundären Energie stets nahezu proportional ihrer zugehörigen Frequenz ist.

Während man die Spannungsregelung am besten durch regelbare Transformatoren bewirkt, die von Hand oder durch eine selbsttätige Vorrichtung eingestellt werden, kann man die Frequenz leicht auf ganz selbsttätigem Wege regeln. Man benutzt dazu nach Fig. 3 zweckmäßig einen Frequenzwandler / mit Gleichstromanker und Kollektor, der an die Rotor- und Statorleitungen angeschlossen ist. Da die Drehzahl eines derartigen Frequenzwandlers sich nach der Summe oder der Differenz der umzuformenden Periodenzahlen richtet, je nach seiner Schaltung, so erreicht man zwangläufig das richtige Frequenzverhältnis, wenn man ihn starr mit der Generatorwelle oder mit der Motorwelle kuppelt.

Haben Frequenzwandler und Hauptmaschine verschiedene Polzahlen, so ist natürlich eine mechanische — starre — Übersetzung zwischen ihnen erforderlich. Man kann den Frequenzwandler auch ganz von der Hauptmaschine trennen, wenn man ihm etwa nach Fig. 4 als Antriebsmotor einen Drehfeldmotor Wi₁ gibt, dessen Drehzahl — ebenso wie die erforderliche des Frequenz\\<andlers — von der. Summe oder Differenz der beiden Frequenzen abhängt. Auch durch eine besondere Wicklung auf seinem Stator kann man nach Fig. S den Frequenzwandler antreiben lassen, wenn diese Wicklung mit seiner Bürstenfrequenz gespeist wird. In allen Fällen läßt man den Frequenzwandler am zweckmäßigsten synchron mit dem Generator g, nicht mit dem Motor in laufen, damit er bei allen vorkommenden Drehzahlen des Motors und selbst bei dessen Stillstand Drehungsgeschwindigkeit besitzt, die es ermöglicht, die Kurzschlußspannungen in seinen kommutierenden Spulen stets kompensieren zu können.

Durch die Einschaltung eines Frequenzwandlers zwischen die Stator- und Rotorkreise läßt sich also erreichen, daß die Steuermaschine s von den Arbeitsströmen entlastet wird.

. Sie bedarf dann nur eines verhältnismäßig kleinen, regelbaren Antriebsmotors und liefert nur noch die Magnetisierungsströme. Sie dient also als Taktgeber, unmittelbar für die Peri-5 odenzahlen der Wechselströme, mittelbar für die Drehzahl des Hauptmotors m. Die Drehzahlen der drei Maschinen, Generator, Motor und Steuermaschine, stehen demnach in einer; ganz bestimmten starren Abhängigkeit von- - einander. Wird diese zwangsweise, etwa durch sehr starke Belastungsstöße am Motor, gestört, ■ so können die Maschinen aus dem Tritt fallen. Im allgemeinen wird der quasisynchrone Lauf ' durch synchronisierende Kräfte aufrechter-,

halten. . ;

Da die Synchronmaschine s, welche die Magnetisierung liefert, bei der Anwendung eines Frequenzwandlers keine mechanische Energie mehr überträgt, so kann man ihren Antriebsmotor auch ganz fortlassen und. sie frei mitrotieren lassen. Dann liegt aber der Takt der AVechselströme und daher auch die Drehzahl des Motors m nicht mehr fest. Man kann dann . zum Steuern noch einen zweiten kleineren Frequenzwandler S₁ im Nebenschluß oder auch, wie in Fig. 6, in Serienanordnung zwischen die . Stator- und Rotorleitungen schalten, dessen Drehzahl der Differenz seiner Stromfrequenzen entspricht, der also unmittelbar durch seine Geschwindigkeit die des Motors m bestimmt. Erhebliche Energie braucht durch diesen Frequenzwandler nicht übertragen zu werden.

Schaltet man nach Fig. 7 die Stromkreise des Steuerfrequenzwandlers s, dessen Drehzahl wie bei Fig. 6 und im Gegensatz zu Fig. 3 der Differenz seiner Stromfrequenzen entspricht, in den Nebenschluß zu den Stator- und Rotorkreisen, so kann man jedoch auch die Leistungsübertragung durch ihn verrichten lassen, so daß man nur einen einzigen Frequenzwandler braucht. Da dieser aber auch bei seinem Stillstand, nämlich beim Angehen des Hauptmotors, Energie übertragen muß, so wird es schwierig sein, ihn bei größeren Leistungen für diesen Betriebsfall funkenfrei zu bauen.

Man kann in der Vereinfachung des Systems noch einen Schritt weiter gehen. Es ist bekannt, daß man durch Frequenzwandler mit Kollektoren, wie überhaupt durch jede Mehrphasenkollektormaschine, in der Phase verschobene Spannungen erzeugen kann, die geeignet sind, die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung der äußeren Stromkreise aufzuheben. Die wattlosen Magnetisierungsströme werden durch die Kollektormaschine selbst erzeugt.

Die Erzeugung wattloser Magnetisierungsenergie kann hier durch Anwendung verschiedener Mittel erfolgen. Man kann beispielsweise die Bürsten am Kollektor des Frequenzwandlers verdrehen, der vom Generator aus, vom Motor oder von seinem eigenen Antriebsmotor, wie in Fig. 4, mit einer bestimmten Phase angetrieben wird. Man kann auch bei Selbstantrieb durch Statorerregung wie in Fig. 5 den Stator verdrehen oder seinen Strömen eine Phasenverschiebung erteilen. Auch bei gesondertem Antrieb durch einen Drehfeldmotor nach Fig. 4 führt dessen Statorverdrehung oder eine Verschiebung der Phase seiner Rotor- oder Statorströme zum Ziel. In jedem Falle läßt sich während des Laufes der Kollektormaschine stets die volle Magnetisierungsenergie für alle angeschlossenen Maschinen aus ihr entnehmen, so daß die Synchronmaschine ^ der Fig. 3 bis 7 völlig entlastet wird und abgeschaltet werden kann. Ändern sich die Frequenzen und Drehzahlen oder die Belastungen der Maschinen, so muß natürlich eine gewisse Nachregulierung eintreten, damit die Felder in dem jetzt selbst erregten Aggregat dieselben bleiben.

In Fig. 8 ist eine zweckmäßige Schaltung für Selbsterregung angegeben. Der Hauptfrequenzwandler f, der bei allen Belastungszuständen umläuft, dient zur Erzeugung der Magnetisierungsenergie und zur Überleitung der überschüssigen Rotorenergie in die Statorstromkreise. Da er entsprechend der Summe der Frequenzen umläuft, also übersynchron, so läßt er sich selbst für große Leistungen funkenfrei bauen. Der kleinere Steuerfrequenzwandler S₁ ist so geschaltet, daß seine Drehzahl der Differenz der Frequenzen entspricht; er wird von außen mit regelbarer Geschwindigkeit angetrieben und steuert dadurch die Drehzahl des Motors m, der stets synchron mit ihm laufen muß.

Die bisher beschriebenen Anordnungen haben sämtlich die Eigenart, daß die Drehzahl des Hauptmotors starr abhängig ist von der Drehzahl der Steuermaschine j oder S₁. Der Motor m läuft entweder in richtigem Synchronismus mit dem Steuerfrequenzwandler .S₁, wie in den Fig. 6, 7 und 8, oder seine Drehzahl ist auf eine etwas umständlichere, aber immer eindeutige Weise mit der Drehzahl der Steuer- ·■ synchronmaschine j verknüpft, wie in den Schaltungen nach Fig. 3, 4 und 5. Dieses quasisynchrone Arbeiten des Motors ist nicht für no alle Verwendungszwecke erwünscht, da die Möglichkeit des Pendelns und sogar Außertrittfallens bei irgendwelchen plötzlichen Störungen durch Belastungsstöße oder andere Ursachen besteht.

Es läßt sich nun aber durch eine besondere Maßnahme das synchron arbeitende System in ein asynchron arbeitendes umwandeln. Das gelingt, wenn man die bisher benutzte Steuermaschine ί oder s_L einfach fortläßt, wodurch sich beispielsweise eine Anordnung nach Fig. 9 ergibt.

Um die Wirkungsweise dieser neuen Schaltungen zu übersehen, muß man bedenken, daß bei der Anwendung der Steuermaschine das Übersetzungsverhältnis und die Phase der Spannungen am Frequenzwandler stets so eingestellt werden kann, daß durch die Steuermaschine im Gleichgewichtszustand der Drehzahlen keine Energie fließt. Beim Regeln der Drehzahl des Motors muß diese Einstellung

ίο natürlich gleichzeitig mitreguliert werden, und es läßt sich, wenn man nur fein genug reguliert, erreichen, daß die Steuermaschine selbst beim Regeln energiefrei bleibt. In diesem Falle besitzt sie aber keine Einwirkung mehr ■ auf das übrige System und kann daher fortgelassen werden.

Ohne Anwendung der Steuermaschine läßt sich also die Tourenzahl des Hauptmotors dadurch regeln, daß man das Spannungsverhält-

ao nis am Frequenzwandler reguliert und auch die Spannungsphase ein wenig mitändert. Daß dann das Gleichgewicht des ganzen Systems stabil ist, erkennt man daraus, daß der Motor m bei Belastung gegen seine Leerlaufgeschwindigkeit zurückzubleiben sucht. Dabei ändert sich aber das Verhältnis seiner Stator- und Rotorfrequenz und stimmt nicht mehr mit dem Verhältnis der E. M. Ke. am Transformator r des Frequenzwandler überein. Die Folge hiervon sind so starke Ausgleichströme, daß einerseits das Belastungsdrehmoment des Motors überwunden werden kann, und das andererseits das durch den Spannungsabfall veränderte Verhältnis der E. M. Ke. in den Motorwicklungen wieder dem Frequenzverhältnis entspricht.

Bei Belastung schlüpft also der Motor gegenüber dem Sollwert der Drehzahl, der am Transformator eingestellt ist, in ganz ähnlicher Weise, wie es von den asynchronen Drehfeldmotoren oder den Gleichstrom - Nebenschlußmaschinen her bekannt ist. Die Leerlaufdrehzahl selbst läßt sich durch Regeln am Transformator (r der Fig. 9) auf jeden beliebigen Wert einstellen.

Es ist bisher nur untersucht worden, wie sich das System der Mehrphasenmaschinen verhält, wenn es in Bewegung ist, ohne danach zu fragen, wie es vom stromlosen ruhenden Zustände aus in Betrieb gesetzt wird. Da der Frequenzwandler, wenn er Magnetisierungsströme liefern soll, stets synchron mit dem Generator laufen soll, so muß man bereits beim Anlauf auf diese Bedingung achten. Man erfüllt sie beispielsweise dadurch, daß man beliebige aneinandergeschlossene Stromkreise vom Generator und Frequenzwandlermötor von irgendeiner Stromquelle aus erregt und nun den Generator anlaufen läßt. Der Frequenzwandler läuft dann gleichzeitig mit an. Wenn sich das mit richtiger Tourenzahl laufende System nicht von selbst magnetisch erregt, so genügt zum Anregen stets ein Stromstoß aus einer Stromquelle beliebiger Art.
. Das hier beschriebene System der Energie-Übertragung durch Wechselstrom läßt sich mit besonderem Vorteil überall dort anwenden, wo sonst das sogenannte Leonard- System für Gleichstrom in Frage kam, es hat diesem gegenüber verschiedene. Vorzüge. Während bei dem Gleichstromsystem sowohl der Generator als auch der Motor eines Kollektors bedarf, der stets den vollen Belastungsstrom führt, -können die beiden Maschinen selbst hier kollektorlos ausgeführt werden, was besonders bei Turbogeneratoren und langsam laufenden Motoren, große Ersparnisse, z. T. überhaupt erst die Ausführungsmöglichkeit ergibt. Bei dem hier beschriebenen System ist nur ein einziger Kollektor erforderlich, der mit derjenigen Geschwindigkeit betrieben werden kann, die am günstigsten für seine Kommutierung ist. Der Kollektor führt ferner nur während des Anlaufes Belastungsströme und entlastet sich mit zunehmender Drehzahl des Motors immer mehr, bis er schließlich bei dessen Synchronismus mit dem Generator nur noch Magnetisierungsströme führt. Selbst beim Anlauf durchfließt den Kollektor nur die Hälfte der Energie, die' dem Drehmoment des Motors entspricht, und zwar deshalb, weil das System mit selbsttätiger Frequenzverminderung beim Anfahren arbeitet und daher großes Anzugsmoment mit geringer, den Motor durchfließender Energie vereinigt. Während nämlich bei synchroner Drehzahl des Motors in den Statorkreisen die volle Frequenz, in den Rotorkreisen die, Frequenz Null herrscht, fließt beim Stillstand in beiden Kreisen Strom von nur halber Frequenz. Diese Frequenzerniedrigung wirkt auch günstig auf die Wirkungsgrade von Generator, Motor und Frequenzwandler bei geringer Drehzahl des Motors ein.

Da selbsterregende Wechselstromsysteme ihre Spannung beim Schalten leicht verlieren können und überdies, wenn sie stabil arbeiten sollen, hohe Eisensättigung erfordern, während die Rücksicht auf den Wirkungsgrad und geringen Magnetisierungsstrom das Gegenteil verlangt, so kann es zweckmäßig sein, an den Stator- oder Rotorkreis ähnlich wie in Fig. 6 und 7 eine frei laufende kleine Synchronmaschine anzuschließen, welche die Spannung stabil hält und dabei auch einen Teil der Magnetisierungsarbeit mit übernehmen kann. Die Einstellung der Spannungsphase am Frequenzwandler braucht dann bei konstanter Erregung der Synchronmaschine nicht so genau zu sein, als es ohne diese notwendig wäre.

Man ist nicht darauf angewiesen, den Fre- iao quenzwandler, wie in den Fig. 3 bis 9 dargestellt ist, mit seinen Kollektorbürsten an den

Stromkreis mit niedriger Frequenz zu legen, als welchen man, der geringeren Spannung wegen, zweckmäßig den Rotorkreis wählt. Man kann auch nach Fig. io die Kollektorseite an die Statoren legen. Ob man den Regeltransformator in die Kollektor- oder Schleifringseite des Frequenzwandlers einschaltet, ist ebenfalls grundsätzlich gleichgültig. Es kann unter Umständen auch zweckmäßig sein, beide Seiten zu regeln, um immer am Frequenzwandler eine geeignete Spannung und Stromstärke zu erhalten.

Die Anordnung der Fig. io läßt sich insofern noch etwas abändern, als man den Anker des Frequenzwandlers, der ersichtlich Ströme von genau derselben Frequenz und Spannung führt wie die Rotoren der Hauptmaschinen, mit einem von diesen vereinigen kann. Man erhält dann, wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, als Motor oder Generator eine Drehfeldmaschine, die von ihrem Rotor aus sowohl Schleifringe wie einen Kollektor speist, der durch einen regelbaren Transformator r an die Statorleitungen angeschlossen ist. Der Kollektor dient hier ebenfalls zum Ausgleich der Energieflüsse und zur Erzeugung der Magnetisierungsströme. Die Regelung der Frequenzen und Tourenzahlen erfolgt am Transformator, die Regelung der Größe der Spannung oder der Phasenverschiebung durch Bürstenverdrehung oder durch ein äquivalentes Mittel. Natürlich lassen sich auch beide Maschinen, Motor und Generator, mit Kollektor ausführen; ebenso lassen sich selbstverständlich diese Maschinen, jede für sich, auch für andere als die hier behandelten Verwendungszwecke gebrauchen.

Im allgemeinen wird es sich allerdings empfehlen, den Kollektor nicht mit den Hauptmaschinen zu verbinden, sondern an einem gesonderten Frequenzwandler zu belassen, da die Belastung" des Kollektors dann im allgemeinen geringer und für die Kommutierung vorteilhafter wird. Außer der mehrfach erwähnten Art von Frequenz wandlern mit Kollektor lassen sich mit ganz ähnlichem Erfolge auch beliebige andere Arten von Frequenzwandlern verwenden, beispielsweise Maschinen, die die Energie nicht direkt, sondern vielleicht durch mechanische oder Gleichstromenergie hindurch auf die gewünschte Frequenz umformen. Zur Regelung der Drehzahl ist nur erforderlich, daß das Frequenz- und Spannungsverhältnis des betreffenden Umwandlers regelbar ist.

In, den Figuren ist nur der Einheitlichkeit wegen immer das Dreiphasensystem angenommen, in Wirklichkeit kann jedes beliebige Mehrphasensystem verwendet werden, man kann auch in Stator- und Rotorkreisen verschiedene Phasenzahlen anwenden.

Es ist auch angenommen, daß selbst bei Verwendung einer äußeren Magnetisierungsquelle dieselben Stromkreise für Arbeits- und Magnetisierungsströme verwendet werden. Natürlich steht es aber auch frei, auf den Statoren oder Rotoren sämtlicher Maschinen besondere Erregerwicklungen anzubringen, die nur von den Magnetisierungsströmen durchflossen werden, welche gegen die Arbeitsströme um 90⁰ versetzt sind.

Wenn man dafür sorgt, daß der Rotorstromkreis, der die niedere Frequenz führt, auch bei Synchronismus des Motors und Generators von den Kollektorbürsten noch Spannung zugeführt erhält, ohne daß Transformatoren dazwischengeschaltet sind, dann bleibt das System auch in diesem Betriebszustande genau so überlastungsfähig wie sonst. Man kann dann sogar ohne weiteres auch über Synchronismus gelangen. Das Erreichen und der Durchgang durch den Synchronismus ist aber nur dann möglich, wenn die Stromkreise, welche die niedere Frequenz führen, so beschaffen sind, daß sie auch Gleichstrom den Durchtritt ge-. statten, und wenn dieser Gleichstrom in einer Kollektormaschine erzeugt wird. Es ist also zweckmäßig, die Kollektorseite des Frequenz- · Wandlers an die Stromkreise zu legen, die bei Synchronismus von Gleichstrom durchflossen werden, und ferner die Spannungsverhältnisse derart zu wählen, daß die Kollektorspannung wenigstens bei Synchronismus unmittelbar an die Maschinenstromkreise gelegt werden kann, um den Magnetisierungsstrom zu erzeugen. Auch Transformatoren in Sparschaltung gestatten dem Gleichstrom den Durchtritt, obgleich ihre Wicklung dann einen unerwünschten Nebenschluß bildet.

Erregt man die Hauptmaschinen in der oben beschriebenen Weise durch eine äußere Stromquelle vom Stator aus, dann kann man bei Synchronismus die Rotoren in sich kurzschließen. Sowohl Generator als Motor arbeiten dann als gewöhnliche Asynchronmaschinen weiter, und der Frequenzwandler kann abgeschaltet werden.

Um den Hauptmotor zu rev.ersieren, kann man zwei Wege einschlagen. Entweder verändert man die Spannung am Regeltransformator so, daß der Rotor die höhere Frequenz no erhält, während diese vorher im Stator herrschte. Besser ist es jedoch — um im Rotor stets möglichst niedrige Spannung zu erhalten —, sowohl im Stator- als im Rotorkreise des Motors zwei Phasen miteinander zu vertauschen, denn dann ändert das gesamte Drehfeld seine Umlaufrichtung.

Unter Umständen, beispielsweise bei Fördermaschinen, ist es notwendig, den Motor mit großer Kraft im Stillstand festzuhalten. Außer iao durch die bekannten mechanischen Bremsvorrichtungen kann das hier bequem auf elektri-

schem Wege geschehen. Man braucht zu dem Zwecke nur die Stator- und Rotorzuleitungen miteinander unmittelbar zu verbinden, wenn . nötig unter Zwischenschaltung von Transformatoren, falls die Spannungen im Stillstande nicht übereinstimmen. Durch diese Verbindung erreicht man zwangsweise gleiche Frequenz im Stator und Rotor, so daß. eine Drehung des Motors ausgeschlossen ist. Er wird

ίο dabei mit einer starken elastischen Kraft im Stillstande festgehalten.

Es ist bisher nur davon die Rede gewesen, daß ein einziger Motor mit einem einzigen Generator zusammenarbeitet. Natürlich kann man aber auch mehrere Maschinen unter sich parallel oder in Serie schalten. Ebenso lassen sich auch mehrere Frequenzwandler und andere Hilfsmaschinen zu mehreren parallel oder in Serie verwenden. Man kann auch im gegebenen Falle noch andere Verbrauchskreise mit der im Generator erzeugten Energie speisen, doch ist dabei zu beachten, daß diese Energie beim Regulieren variable Spannung und Frequenz besitzt.

Besonders geeignet sind die beschriebenen Anordnungen für den Antrieb von Schiffen und überhaupt für Anlagen, bei denen das zu überwindende Drehmoment mit abnehmender Geschwindigkeit stark abnimmt. Da sich nämlieh die notwendige Größe des Frequenzwandlers, wie oben erläutert ist, vor allem nach dem Anfahrmoment des Motors richtet, das in solchen Fällen sehr klein ist, so kommt man im allgemeinen mit geringen Abmessungen des Frequenzwandlers und des Regeltransformators gegenüber den Abmessungen der Hauptmaschinen aus, die sich natürlich nach dem maximalen Moment richten. Da bei dem hier beschriebenen System die Drehzahl des Motors nicht durch die Periodenzahl bestimmt ist, sondern noch frei wählbar ist, so ist es für Schiffsantrieb leicht möglich, die Drehzahlen für die Marsch- und Höchstgeschwindigkeit so

. zu bestimmen, daß sowohl die Hauptmaschinen als auch der Frequenzwandler für beide Geschwindigkeiten ökonomisch arbeiten.

Claims (15)

1. Patent-Ansprüche:

   i. System der elektrischen Arbeitsübertragung durch Mehrphasenstrom, ■ gekennzeichnet durch Drehfeld-Induktionsmaschinen als Generator und Motor, die mit ihren Arbeitsstromkreisen so verbunden sind, daß die Drehfelder von Stator und Rotor in der einen Maschine gleichsinnig, in der anderen gegensinnig rotieren, zu dem Zwecke, bei konstanter oder nahezu konstanter Drehzahl des Generators die Wechselstromfreqüenzen und damit, auch die Drehzahl des Motors regeln zu können.
2. 2. System der Arbeitsübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselströme niederer Frequenz in den Rotorstromkreisen auftreten, um dort beim Regeln hohe Spannungen zu vermeiden.
3. 3. System der Arbeitsübertragung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Frequenzwandler, die die überschüssige Energie aus dem einen Stromkreis auf den anderen übertragen.
4. 4. System der Arbeitsübertragung nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch einen solchen mechanischen oder elektrisehen Antrieb des Kollektor - Frequenzwandlers, daß dieser stets synchron mit dem Generator läuft.
5. 5. System der Arbeitsübertragung nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch Kollektor - Frequenzwandler, deren Kollektorseite an die Stromkreise niederer Frequenz angeschlossen ist, um bei Synchronismus auch Gleichstrom liefern zu können.
6. 6. System der Arbeitsübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsenergie ganz oder teilweise von den Kollektormaschinen erzeugt wird.
7. 7· System der Arbeitsübertragung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anwendung einer leer laufenden oder mechanisch angetriebenen Synchronmaschine, welche die Magnetisierungsenergie ganz oder teilweise liefert.
8. 8. Verfahren zum Betrieb von Arbeitsübertragungssystemen nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase der Spannung an den Kollektorbürsten des Frequenzwandlers von Hand oder selbsttätig geregelt wird, zu dem Zwecke, bei jeder Frequenz bei Selbsterregung des Systems eine bestimmte Spannung, bei Fremderregung eine bestimmte Phasenverschiebung im Erregerkreise einstellen zu können.
9. 9. Verfahren zum Betrieb von Arbeitsübertragungssystemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern des Motors die Frequenzen der Stator- und Rotorstromkreise zwangläufig geregelt werden, entweder durch eine Synchronmaschine, die der einen Frequenz einen bestimmten Wert vorschreibt, oder durch einen Frequenzwandler, der eine bestimmte Beziehung zwischen Stator- und Rotorfrequenz erzwingt, zu dem Zwecke, dem System synchrone Eigenschaft zu verleihen.
10. 10. Verfahren zum Betrieb von Arbeits-Übertragungssystemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig

    mit der Frequenzregelung eine Spannungregelung der zwischen dem Stator- und Rotorstromkreis übertragenen Leistung vorgenommen wird.
11. 11. Verfahren zum Betrieb von Arbeitsübertragungsystemen nach Anspruch ι und 3, gekennzeichnet durch einen derartigen Antrieb des Frequenzwandlers, daß sein Frequenzverhältnis sich nach dem regelbaren Verhältnis von Spannung und Phase einstellt, zu dem Zwecke, dem System asynchrone Eigenschaften zu verleihen.
12. 12. System der Arbeitsübertragung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren der Drehfeldmaschinen gleichzeitig Schleifringe und Kollektoren besitzen, deren Bürsten unmitfelbar oder über regelbare Transformatoren mit den Statorkreisen verbunden sind.
13. 13. System der Arbeitsübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Wicklungen für die Arbeitsströme besondere Erregerwicklungen für die Magnetisierungsströme auf den Drehfeld-Induktionsmaschinen vorgesehen sind.
14. 14. Verfahren zum Betrieb von Arbeitsübertragungssystemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufer der Motoren und Generatoren in der Nähe des Synchronismus kurzgeschlossen werden, um bei Magnetisierung vom Ständer aus ohne Frequenzwandler wie bei gewöhnlichen asynchronen Maschinen zu arbeiten.

    ■
15. 15. Verfahren zum Sperren der Bewegung der Motoren in dem System nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator- und Rotorstromkreise der Motoren unmittelbar oder über Transformatoren miteinander verbunden werden.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.