DE252993C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 252993 KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. April 1911 ab.

Bei Frequenzumformern mit Statorwicklung, deren Anker einerseits mit Schleifringen, andererseits mit einem Kollektor versehen ist, ist es im Interesse einer guten Kommutation wichtig, die Hilfspolzone, die z. B. durch Hilfspole mit oder ohne Wicklung gebildet wird, frei vom Hauptfeld zu erhalten, um davon unabhängig ein richtiges Hilfspolfeld einstellen zu können. Das störende Hauptfeld in der Hilfspolzone kann man nun entweder von vornherein vermeiden durch geeignete Erregung der Hauptpole, die man so erregt, daß eine Erregung vom Rotor aus nicht mehr erfolgt, oder man kann es kompensieren durch passende Gegen erregung der Hilfspole. Außerdem bietet die richtige Erregung der Hauptpole noch eine Reihe weiterer Vorteile, wie Entlastung der Schleifringe vom Magnetisierungsstrom, stabilen Lauf usw. In beiden Fällen muß man aber dafür sorgen, daß sich bei jeder Änderung der primären oder sekundären Frequenz oder Spannung die betreffende Haupt- bzw. Hilfspolerregung selbsttätig richtig einstellt. Diese Änderung muß natürlich in beiden Fällen nach denselben Gesetzen erfolgen; denn hat man z. B. für eine bestimmte Sekundärspannung und -frequenz des Frequenzumformers die richtige Erregung gefunden, so wird diese keinesfalls auch für andere Sekundärspannungen und -frequenzen richtig sein, da sich allein schon der induktive Widerstand der betreffenden Erregerwicklungen mit der Frequenz ändert, Die vorliegende Erfindung gibt nun einige Mittel an, um die richtige Haupt- bzw. Hilfspolerregung des Frequenz-Umformers selbsttätig zu erhalten.

Um den Erfindungsgedanken näher zu erläutern, soll nachfolgend gezeigt werden, wie die zur Erzielung einer feldfreien Hilfspolzone richtige Erregung der Hauptpole, welche man beispielsweise bei Maschinen mit ausgeprägten Polen gerade erreicht, wenn der Magnetisierungsstrom genau vom Stator geliefert wird, aufrechterhalten werden kann. Es sei jedoch gleich bemerkt, daß gegebenenfalls für die Aufrechterhaltung der richtigen Erregung der Hilfspole in gleicher Weise verfahren werden kann.

Die Aufrechterhaltung der richtigen Erregung läßt sich nach der vorliegenden Erfin-•dung dadurch erreichen, daß in den Erregerkreis eine außerhalb des Umformers erzeugte Spannung eingeschaltet wird, die den Reaktanzabfall der Erregerwicklung selbsttätig genau kompensiert. Dies läßt sich z. B. durch einen an die Erregerwicklung angeschlossenen leerlaufenden Hilfsmotor ermöglichen, der, einmal richtig eingestellt, selbsttätig bei allen Betriebsverhältnissen die richtige Erregung des Frequenzwandlers erzwingt.

Bleibt die sekundäre Spannung konstant, während sich die sekundäre Frequenz ändert, so kann dieser Hilfsmotor ein Synchronmotor sein, wie in Fig. 1 dargestellt ist; darin bedeutet W₁ das primäre, «_a das sekundäre Netz, f den Frequenzumformer mit seiner Haupt'

polerregerwicklung e (eine Hilfspolerregerwicklung ist in dem erläuternden Beispiel nicht vorgesehen) und s den synchronen Hilfsmotor. Man hat dann das Diagramm Fig. 2 zu erfüllen, das für drei verschiedene Betriebszustände gilt bei veriabler sekundärer Frequenz. e„ sei die sekundäre Klemmenspannung des Frequenzwandlers bei der sekundären Frequenz 0, d. h. bei Gleichstrom; dann hat die Erregerwicklung nur den Ohmschen Abfall i₀ · w, wenn i₀ der Erregerstrom und w der Widerstand der Erregerwicklung ist. Bei steigender Periodenzahl, wenn also im Sekundärnetz Wechselstrom herrscht, bleibt bei sonst ungeänderten Verhältnissen die Spannung % ,nach Größe und Phase dieselbe; da aber außer dem Ohmschen Abfall i₀ · w in der Erregerwicklung noch ein induktiver Abfall i„ · w L auftritt, so müßte die Spannung an den Klemmen der Erregerwicklung jetzt den Wert e_w haben, damit i₀ den früheren Wert erhält, und i₀ muß gleich bleiben, da die Induktion die gleiche bleiben soll, um das gleiche Feld zu erhalten. Zur Kompensation dieser wattlosen Komponente i₀ · ω L dient nun der senchrone Hilfsmotor, der genau die entgegengerichtete Spannung e_m liefern muß. Ist dieser Wert einmal richtig eingestellt, so ergibt sich leicht, daß er für alle Sekundärfrequenzen stimmt.

Denn bei konstanter Erregung des Synchronmotors ändert sich seine Spannung proportional der Periodenzahl, z. B. von e,„ auf e'_m ; da sich im gleichen Verhältnis auch der wattlose Spannungsabfall i₀ · -j> L auf i₀ · w' L ändert, bleibt die Kompensation unbedingt richtig, ohne daß an der Erregung des Synchronmotors etwas geändert zu werden braucht.

Ein Nachteil des Synchronmotors ist der Umstand, daß zu seiner Erregung Gleichstrom benötigt wird; dieser Nachteil fällt fort, wenn man den Synchronmotor durch einen doppelt gespeisten Asynchronmotor ersetzt, der in Fig. 3 mit α bezeichnet ist und einerseits am Primärnetz n_v andererseits an der vom Sekundärnetz n₂ gespeisten Erregerwicklung β des Frequenzwandlers f liegt. Dieser Motor hat den weiteren sehr erheblichen Vorteil, daß er nicht nur bei konstanter Sekundärspannung richtig kompensiert, sondern auch dann, wenn sich die Sekundärspannung proportional mit der Sekundär frequenz ändert, ein Fall, der z. B. dann eintritt, wenn der Frequenzwandler zur Tourenregelung eines Induktionsmotors dient. Mit einem Synchronmotor kann man dann nicht mehr arbeiten, da sich seine Erregung nicht selbsttätig reguliert, wenigstens nicht ohne Zuhilfenahme komplizierter Apparate, während sich der Asynchronmotor bei richtiger Schaltung selbsttätig einstellt. Die Regelung der Sekundärfrequenz zugleich mit der Sekundärspannung des Frequenzwandlers wird bekanntlich so vorgenommen, daß man seine Primärspannung — bei konstanter Primärfrequenz — reguliert, z. B. durch einen Anzapftransformator oder Induktionsregler t in Fig. 4. Dabei muß zur Erzielung der richtigen Tourenzahl der Frequenzwandler durch einen doppelt gespeisten Induktionsmotor d angetrieben werden. Damit der doppelt gespeiste Motor α richtig arbeitet, hat man jetzt dafür zu sorgen, daß seine Statorspannung ebenfalls mitreguliert wird; man schließt ihn also zusammen mit den Schleifringen des Frequenzwandlers an den Sekundärteil des Regeltransformators i an. Dann wird das Diagramm Fig. 5 erfüllt. Wird beispielsweise die Primärspannung auf das Doppelte vergrößert, so steigt dadurch gleichzeitig die sekundäre Spannung von OA = e_g auf 0ß = 2 e„ und die sekundäre Frequenz von w auf 2 ca. Da nun bei Vernachlässigung der Sättigung der Magnetisierungsstrom i₀ ebenfalls auf das Doppelte wächst, so steigt der induktive Abfall i₀· ω L =. AC auf das Vierfache, auf BD: Die den induktiven Abfall kompensierende Maschine hat dann also die vierfache Spannung = 4 e,„ zu liefern, und das tut der doppelt gespeiste Induktionsmotor automatisch, da sowohl seine Sekundärfrequenz als auch seine Primärspannung auf das Doppelte angewachsen sind.

Bei dieser Anordnung läßt sich der doppelt gespeiste Antriebsmotor d vermeiden, denn es ist auch möglich, den Hilfsmotor α direkt zum Antrieb des Frequenzwandlers f zu verwenden, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Der Motor α kann auch irgendwelche andere mechanische Arbeit abgeben, ebenso wie der zuerst genannte Synchronmotor s, wodurch besondere Wirkungen zu erzielen sind.

In der Einleitung dieser Beschreibung wurde gesagt, daß man, wie die Beispiele Fig. 1 bis 6 zeigen, genau die Hauptpolerregung am Stator einstellen muß, um die Hilfspolzone feldfrei zu erhalten. Letzteres kann man, wie erwähnt, auch dadurch erreichen, daß man, statt die Hauptpolerregung zu beeinflussen, bei Hilfspolen mit Wicklungen diese so erregt, daß das Hauptfeld in der Kommutierungszone genau aufgehoben wird. Dabei hat man natürlich die gleichen Abhängigkeiten von Spannung und Frequenz, wie bei der Hauptpolerregung, man kann also genau die gleichen Mittel, Synchronmotor oder doppelt gespeisten Induktionsmotor, auch für die kornpensierende Hilfspolerregung anwenden. Prinzipiell ist es ja gleichgültig, von wo aus man die schädlichen Felder in der Hilfspolachse aufhebt, ob von den Hauptpolen oder von den Hilfspolen aus. Theoretisch ist beides richtig; was das praktisch Richtige ist, muß von Fall zu Fall entschieden werden. Unter

Umständen wird auch eine Kombination der Haupt- und Hilfspolerregung für den obigen Zweck am Platze sein.

Claims (7)

1. ** Patent-Ansprüche:

   i. Einrichtung zur Erregung der Haupt- und gegebenenfalls der Hilfspole von Frequenzumformern mit Schleifringen und

   ίο Kollektor, dadurch gekennzeichnet, daß in den Erregerkreis eine außerhalb des Umformers erzeugte Spannung eingeschaltet wird, die den Reaktanzabfall der Erregerwicklung selbsttätig genau kompensiert.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierende Spannung durch einen Synchronmotor geliefert wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierende Spannung durch einen doppelt gespeisten Induktionsmotor geliefert wird, der einerseits am Primärnetz, andererseits an der Erregerwicklung des Frequenzwandlers liegt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspannung des doppelt gespeisten Motors in der gleichen Weise geregelt wird wie diejenige des Frequenzwandlers.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärteil des doppelt gespeisten Motors an die Sekundärseite des gleichen Regeltransformotors angeschlossen ist wie die Schleifringe des Frequenzwandlers.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmotor gleichzeitig mechanische Energie abgibt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmotor gleichzeitig zum Antrieb des Frequenzwandlers dient.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.