DE261032C

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Publication number: DE261032C
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Description

KAISERLICHES Λ

PATENTAMI

PATENTSCHRIFT

- M 261032 KLASSE 2\d. GRUPPE

KARL ZICKLER und Dr. RUDOLF CZEPEK

in BRUNN.

veränderbarer Periodenzahl.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. September 1911 ab.

Für gewisse elektrische Antriebe ist es erwünscht, ein- oder mehrphasigen Wechselstrom zur Verfügung zu haben, dessen Periodenzahl und Spannung nach Belieben stetig verändert werden kann, so z. B. dann (elektrischer Schiffsantrieb), wenn für den betreffenden Antrieb einem asynchronen Mehrphaseninduktionsmotor mit Kurzschlußanker infolge seiner Einfachheit in mechanischer und elektrischer Beziehung der Vorzug gegeben wird und der Antrieb doch eine namhafte und am besten stetige Tourenänderung erfordert.

Da im allgemeinen die Drehzahl der Antriebsmaschinen praktisch gleichbleibend ist, so wird eine Einrichtung zur Erzeugung von Wechselströmen von stetig veränderbarer Periodenzahl dann besonders vorteilhaft sein, wenn dieselbe am zweckmäßigsten unter der Voraussetzung gleichbleibender Drehzahl anwendbar ist und außerdem eine einfache Regulierung besitzt. Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine solche Einrichtung.

Wie aus der Zeichnung, welche ein Schema einer Ausführungsform darstellt, ersichtlich ist, liefert den ein- Oder mehrphasigen Wechselstrom von veränderbarer Frequenz die Ein- oder Mehrphasenwicklung des induzierten Teiles einer mit der Drehzahl u angetriebenen asynchronen Induktionsmaschine A, die von Steinmetz auch als allgemeiner Transformator bezeichnet wurde. Der induzierende Teil dieser Maschine besitzt stets eine Mehrphasenwicklung. In der Zeichnung ist der Rotor als der induzierende Teil gewählt, was immer dann zweckmäßig sein wird, wenn die Maschine A

hochgespannte Ströme abgeben soll. Es steht sonst selbstverständlich nichts im Wege, umgekehrt den Stator als induzierenden und den Rotor als induzierten Teil der Maschine zu wählen.

Die Maschine A wird von dem unabhängig rotierenden Einankerumformer C mit Mehrphasenstrom erregt, indem die Mehrphasenwicklung des induzierenden Teiles von A mit den Schleifringen des Einankerumformers C verbunden ist. Letzterer erhält auf der Kommutatorseite Gleichstrom von dem Gleichstromgenerator S, welcher im allgemeinen mit gleichbleibender Drehzahl läuft. Die Zeichnung zeigt, daß B von der gleichen Kraftmaschine wie A angetrieben wird. Es kann jedoch der Gleichstromgenerator B auch von einer besonderen Kraftmaschine angetrieben werden, wenn sich dies in einem besonderen Fall als zweckmäßig erweisen würde.

Die Regulierung des ganzen Systems erfolgt grundsätzlich durch eine die Felder der Maschinen B und C regelnde Einrichtung. Am zweckmäßigsten erweist sich die Fremderregung dieser Felder, wobei es ganz gleichgültig ist, woher der dazu * erforderliche Erregergleichstrom genommen wird (etwa aus einem vorhandenen Gleichstromnetz oder aus einer kleinen Erregermaschine, die am besten ebenfalls von der Kraftmaschine angetrieben wird). Durch diese Reguliereinrichtung kann zunächst die Spannung und Stromrichtung von B, ferner die Spannung, Drehrichtung und Drehzahl des Umformers C nach Be-- 7Q lieben in stetiger Weise geändert werden. In weiterer Folge ändert sich dadurch de;¹

Drehsinn und die Drehgeschwindigkeit des Erregerdrehfeldes, welches durch den von C gelieferten Mehrphasenstrom in A erzeugt wird, und welches wieder in Wechselwirkung mit der Umdrehungszahl u des Rotors von A im induzierten Teile der asynchronen Induktionsmaschine die Ein- oder Mehrphasenströme von veränderbarer Periodenzahl hervorruft. Es wird Ein- oder Mehrphasenstrom erzeugt, je

ίο nachdem der induzierte Teil eine Ein- oder Mehrphasenwicklung besitzt. A gibt daher durch einfache Regelung der Felder von JS und C Ein- oder Mehrphasenstrom von nach Belieben stetig veränderbarer Periodenzahl und Spannung ab. Diese Regulierung gestattet daher ein bequemes Anlassen und Regulieren eines etwa direkt angeschlossenen asynchronen Mehrphaseninduktionsmotors mit Kurzschlußanker.

Ist E₁ die Spannung, J₁ der Strom und W₁ die Windungszahl des induzierenden Teiles (pro Phase), sind E₂, J₂ und W₂ die entsprechenden Größen des induzierten Teiles (pro Phase) der Maschine A, u und p ihre Drehzahl und Polpaarzahl, weiter u' und p' die Drehzahl und Polpaarzahl des Umformers C, ferner υ_Λ seine Periodenzahl und v₂ die Periodenzahl der von A abgegebenen Wechselströme, so bestehen folgende Beziehungen:

i.

2.

u'p¹

V₁ = -^- 1
¹ 60

up + u' p'
60

Sind die Wicklungsfaktoren der beiden Wicklungen von A gleich und sieht man vom Spannungsabfall in A ab, dann ist weiter

up jt Wp' W₂
^{3 £} = ^^

und bei Vernachlässigung des Magnetisierungsstromes und der Verluste

A-

up +L u'p'

Das Wesen der Regulierbarkeit des Systems hinsichtlich der Periodenzahl zeigt Gleichung 2, aus welcher durch eine infolge der Regulierung hervorgerufene stetige Änderung von u' eine stetige Änderung von v₂ auch bei konstanter Drehzahl u der' Antriebsmaschine sich ergibt.

Durch die Gleichung 4 ist das angenäherte Größenverhältnis von A gegenüber B und C gegeben, und man wird vorteilhaft die Einrichtung so wählen, daß bei größter Gesamtleistung die Leistung von C und B nur ein Teilbetrag der von A abgegebenen Leistung ist, damit die Größe von C und B auch nur einen Teilbetrag der Größe von A ausmacht. Dadurch ist auch die Wirtschaftlichkeit gewährleistet, und die Anschaffungskosten werden erniedrigt.

Ein Vorteil dieser Einrichtung besteht auch darin, daß durch die Feldregulierung bei B und C allein eine allmähliche Änderung der Ströme und Spannungen in den Hauptstromkreisen und auch ein allfälliges Stromlosmachen möglich ist, weshalb in den Haupt-Stromkreisen Anlasser und Schalter vermieden werden können. Für die Regelung ist es vorteilhaft, den Gleichstromgenerator B mit lameliierten Polen auszurüsten.

An Stelle des Einankerumformers C kann ein Motorgenerator (Gleichstrommotor - Mehrphasengenerator) oder ein Kaskadenumformer gesetzt werden. Im Falle des Motorgenerators sendet der Gleichstromgenerator B Strom in den Gleichstrommotor, welcher den synchronen Mehrphasengenerator, der die Erregung der Maschine bewirkt, mechanisch antreibt. Beim Kaskadenumformer ist der synchrone Generator durch einen asynchronen ersetzt, welcher auch elektrisch mit dem Gleichstromteil gekuppelt ist. In beiden Fällen ist eine Feldregulierung wie beim Einankerumformer möglich, nur kommt beim Motorgenerator noch eine Felderregung des Synchrongenerators und deren Regulierung hinzu.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung ein- oder mehrphasiger Wechselströme von stetig veränderbarer Periodenzahl durch eine mechanisch angetriebene asynchrone Induktionsmaschine (allgemeiner Transformator), dadurch gekennzeichnet, daß der induzierende Teil dieser Induktionsmaschine durch den Mehrphasenstrom eines Einankerumformers erregt wird, welcher Gleichstrom von einem mechanisch angetriebenen Gleichstromgenerator empfängt, wobei durch Regulierung der Felder des Gleichstromgenerators und des Umformers Drehrichtung, Drehzahl und Spannung des Umformers und in weiterer Folge Periodenzahl und Spannung des von der asynchronen Induktionsmaschine abgegebenen Ein- oder Mehrphasenstromes stetig geändert werden kann.

2. Ausführungform der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Einankerumformers entweder ein Motorgenerator (Gleichstrommotor - Mehrphasengenerator) oder ein Kaskadenumformer gesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.