DE265734C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Ja 265734 KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Januar 1912 ab.

Die hauptsächlich bekannten Periodenumformer zur Regulierung von Induktionsmotoren sind entweder mit dem Induktionsmotor mechanisch verbunden; wobei sie alsdann keine Arbeitswicklung für eigenes Drehmoment haben, oder sie laufen, falls nicht ein besonderer Antrieb vorgesehen ist, mit eigenem Drehmoment und bedürfen dann einer Arbeitswicklung am Stator. Solche Periodenumformer

ίο mit Arbeitswicklung mit dem Induktionsmotor nun doch mechanisch zu verbinden, würde im allgemeinen keinen Zweck haben. Trotzdem gibt es Fälle,' wo eine solche Verbindung in Betracht gezogen werden muß, nämlich da, wo angesichts der vorhandenen Lastmomente eine mechanische Belastung des Periodenumformers unter entsprechender Verringerung des rein umformenden Betriebes ratsam erscheint. Solche Umformer müssen aber für wenigstens drei Regulierfunktionen eingerichtet sein, nämlich für die Tourenregelung, die Lastverteilung und die Kompensationsregelung zur Erzielung eines guten Leistungsfaktors unter allen Betriebsverhältnissen.

Vorliegendes System gestattet dies.

In der Zeichnung sieht man den Induktionsmotor M und den Periodenumformer mit Rotor R und Stator S. Beide Maschinen sind etwa durch eines der modernen Reduktionsgetriebe G, ζ. B. nach Bauart Westinghouse, mit elastischer Lagerung und hohem Wirkungsgrad miteinander verbunden. Die Arbeitswicklung des Stators des Periodenumformers könnte nun zwar zugleich zur Transformation und Phasenregelung des Systems benutzt werden, wenn sie entsprechend ausgebildet wird, wie aus Patent 248380 hervorgeht. Indessen kann es doch manchmal geboten erscheinen, die Wicklung so einfach wie möglich auszuführen und. namentlich die Transformation und Phasenregelung einem besonderen Apparate zuzuweisen, wobei es hauptsächlich darauf ankommt, daß dieser Apparat die beiden, genannten Funktionen übernimmt, während dem Umformerstator nur eine einzige Regelfunktion zugewiesen wird, so daß die drei geforderten Funktionen in der Tat berücksichtigt sind.

Im vorliegenden Fall ist der besondere Regelapparat wie folgt eingerichtet: Er besitzt zwei Wicklungen, die mittels des zweimal dargestellten Eisens in magnetischer Verbindung stehen. Die eine Wicklung ist irgendeine einfache Wicklung, am besten eine genügend verteilte Gleichstromwicklung, und sie ist, obwohl dies keine praktische und nur sehematische Bedeutung hat, als einfache Ringspiralwicklung dargestellt. Die zweite Wicklung ist eine eigenartige Schaltregulierwicklung, welche den Zweck hat, ohne Rücksicht auf die Reguliergrenzen bei den Transformationen der Spannungen gute Kurvenformen zu sichern und so die Kommutation zu erleichtern und gleichzeitig die erforderlichen Phasendrehungen ohne mechanische Drehungen zu bewirken.

Die üblichen Phasendrehtransformatoren haben nämlich außer der Notwendigkeit der mechanischen Verdrehung selbst den Nachteil, daß sie, wenn sie zugleich zur Transformations-Veränderung benutzt werden und wenn fast alle Windungen abgeschaltet sind, verschlechternd auf die Kurvenformen wirken. Die mechanische Drehung läßt sich vermeiden, wenn man die elektrische Schaltdrehung an einer

ίο einfachen Gleichstrom wicklung nach bekannten Grundsätzen einführt, und es ist auch, wenn man die Wicklung an mindestens drei Stellen aufschneidet, möglich, die Schaltdrehung zur Phasendrehung und diejenige zur Änderung der aktiven Windungszahl, d. h. der absoluten Spannungsgröße, zu vereinigen. Weiter ist es möglieh, und das ist das Wesentliche, einerlei, um wieviel selbständige Wicklungen es sich handelt, durch gewisse Gruppenteilungen und Verbindungen eine zwangläüfige Verteilung der Schaltwindungen zu erreichen und so einer weitgehenden Verschlechterung der elektrischen Kurvenformen entgegenzutreten.

Wie dieses erreicht wird, ist an dem Schema des Regulierapparates zu verfolgen. Die Grundform der Regulierwicklung ist der einfachen Darstellung halber die zweite Spiralwicklung des Eisenringes. Wir sehen indessen, daß der Strom keineswegs den Spiralen entlangläuft, sondern z. B. nach einer Windung einige Windungen überspringt, was mittels der angedeuteten einen Gabel geschieht, sodann eine Windung nimmt, mittels der zweiten Gabel in die Nähe der ersten Windung zurückkehrt, hier wieder eine Windung nimmt usf.

Schaltet man also z. B. Windungen ab, so erfolgt die Abschaltung zwangläufjg an zwei Stellen, und selbst bei starker Abschaltung hat man immer noch Windungen an zwei Stellen, so daß die Feldform nicht übermäßige Verzerrungen in dem Umfange erleiden kann wie bei gewöhnlicher Abschaltung.

Einer weiteren Ausdehnung des Prinzips für mehrere Schaltstellen würde nichts im Wege stehen, soweit dies wünschenswert erschiene. Zur Vornahme der Regulierung kann ein Kontroller dienen oder auch, soweit tunlich, ein Regulierkollektor, wie in der Zeichnung gedacht. Das eine Bürstensystem auf diesem Regulierkollektor, von dem die Bürsten B¹ und B² für eine Zusammenschlußstelle zweier Phasen angedeutet sind, reguliert die Zahl der aktiven, stets, wie beschrieben, zwangläufig verteilten Windungen und gegebenenfalls bei genügend überschüssigen Windungen die Phasenlage. Es kann aber zur Vermeidung vieler solcher überschüssigen Windungen noch ein zweites Bürstensystem angeordnet werden, von dem die Bürsten B³, B⁴ und B⁶ angedeutet sind.

Dieses reguliert die Phasentrennstellen und kann Windungen von einer Phase zur anderen hinübernehmen; falls sich dies lohnt. Dieses System ändert sich nicht, wenn an Stelle der schematisch benutzten Ringwicklung eine Trommelwicklung tritt, die vorteilhaft Serienschaltung bekommt und außer dem gewöhnlichen Wicklungsschritt einen Verteilungsschritt besitzt, so daß sich etwa eine Art von Wellenschleifenwicklungen zeigt.

Mit Hilfe eines solchen, die Spannung vektoriell regulierenden Apparates ist es nun zunächst möglich, das System von Motor und Hilfsmaschine auf Touren- und Leistungfaktor zu regulieren, wozu eine Arbeitswicklung auf dem Stator überflüssig erscheint. Die angedeutete Arbeitswicklung hat nun aber den Zweck, dem Umformer ein eigenes mechanisches Moment zu geben und so eine Verteilung der mechanischen Leistung zwischen beide Maschinen zu bewirken. Die Wicklung, die festphasig mit verteilten Windungen ausgeführt sein möge, erhält zu diesem Zwecke eine einfache Kontaktregulierung, und zur Vereinfachung des Überganges vom untersynchronen zum übersynchronen Bereich der Touren kann man sich doppelseitige Phasenausbildungen denken. Hilfsphasen u. dgl. sind aber nicht erforderlich. Die Bürsten können für mittlere Betriebsverhältnisse fest eingestellt werden, wie es am günstigsten erscheint, und die Phase kann resultierend stets beliebig genau am Regulierapparat nachreguliert werden.

Im Bereiche des Synchronismus selbst schaltet man die Arbeitswicklung zur Vermeidung vieler Windungen am besten ab.

Die Anordnung, die trotz der dreifachen Regulierfunktion den Stator der Reguliermaschine nur mit einer einfachen Funktion belastet und alles andere Schaltwerk fernhält, kann z. B. benutzt werden, um im untersynchronen Tourenbereich die Energieabgabe an das Netz zu beschränken oder ganz aufzuheben. Der Regulierapparat arbeitet dann nur auf Kompensation, und die Anordnung ist dann vorteilhaft, wenn man bei geringeren Touren starkes Lastmoment hat und Interesse vorhanden ist, die Kupferbelastung mit Strom, die statthaft ist, möglichst auszunutzen. Nach Durchgang durch den Synchronismus, der hier gar keine Schwierigkeiten bietet, kann man ebensowohl auf Mitwirkung der Arbeitswicklung verzichten, wie im Synchronismus selbst, und gerade die erforderliche Sekundärenergie für diesen Regelbereich von der Linie entnehmen. Prinzipiell wäre es jedoch auch noch denkbar, wenn etwa besonders starkes Lastmoment bei höheren Touren wie bei Kompressoren in Frage kommt, auch hier noch auf zusätzliche motorische Leistung einzuregulieren. Nimmt man den entgegengesetzten Regulierweg am Maschinenstator,

so daß dort also schließlich Strom von entgegengesetzter Richtung als bei motorischer Leistung aufgenommen wird, so kann der entstehende generatorische Effekt des Periodenumformers zur Deckung der Zusatzenergie für den Induktionsmotor dienen und der Regelapparat entsprechend klein gehalten werden. Natürlich kommt das nur in Frage, wenn das Lastmoment bei höheren Touren relativ gering ist.

ίο Prinzipiell wäre es natürlich auch möglich, den Stator S der Hilfsreguliermaschine so auszuführen, daß er ebenfalls Gleichstromwicklung wenigstens für vektorielle Regulierung ohne Transformation bekommt an Stelle der gewissermaßen als skalar aufzufassenden Regulierung an den einfachen festen Phasen, wo nur der absolute Betrag der Windungen geändert wird.
Die vergrößerte Variationsmöglichkeit könnte in Unterstützung des Hauptreglers dazu dienen, die innere Stromverteilung, soweit es den wattlosen Strom und damit eben den gesamten angeht, günstig zu beeinflussen.
Es ist an sich sehr wohl auch möglich, im Interesse der Erhaltung einer guten Feldform in der Maschine sich eine Ankerstromkompensationswicklung zu denken, die zunächst das Ankerfeld vollständig aufhebt. Sie würde ihren Weg völlig erfüllen, soweit man im untersynchronen Bereich etwa nur Magnetisierungsstrom vom Regelapparat her aufnimmt, aber in demselben Maße in ihrer Wirkung gestört, als rriän etwa im übersynchronen Bereich^ Wattstrom vom Netz her erforderlich erachtet, und sie kommt demnach mehr dort in Frage, wo letzteres· weniger erforderlich erscheint und bei prinzipieller Wahrung der Reguliermethode etwa Wert auf kleine Regulierkontakte gelegt werden soll.

Endlich können unter Wahrung des Prinzips auch Schleifring- und Kollektorseite der Reguliermaschine vertauscht werden, wobei der Stator auch an den Regelapparat angeschlossen werden kann und ferner auch Kommutationshilfswicklungen dort gespeist werden können. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein für schnelläufende Induktionsmotoren mit nicht zu großem Effekt, da sich andernfalls der Umformer nicht ganz so günstig baut wie im erstbesprochenen Falle.

Schaltregler, wie beschrieben, sind außer für andere Zwecke auch da anwendbar, wo elektrisch-relativ-synchronisierte vorliegen, wenn sich auch hier die Anwendungsform ändert und bei Antrieb der Periodenumformer durch kleine Hilfsmotoren, wenn sich hier die Achsen von Reguliermaschine und Induktionsmotor nicht nur relativ-synchron einstellen, sondern auch im Relativwinkel elektrisch fixiert sind.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Anordnung zur Regulierung der Geschwindigkeit, Kompensation und Leistungsverteilung von Induktionsmotoren durch mit diesen unmittelbar oder durch Reduktionsgetriebe verbundene Regulierhilfskommutatormaschinen mit Arbeitswicklung auf dem Stator, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke einer möglichst einfachen Ausführung der Statorwicklung mit der Schleifring- oder Kommutatorseite der Regulierhilfsmaschinen ein besonderer Schalttrans- ■ formator verbunden ist und die Regelung derart erfolgt, daß durch eine vektorielle Spannungseinstellung am Schalttransformator und eine einfache, gegebenenfalls lediglich skalare Windungszahleinstellung am Stator der Regulierhilfsmaschinen neben der Tourenregelung sowie völligen Kornpensation gleichzeitig auch eine günstige Verteilung der mechanischen Leistung auf Motor und Hilfsmaschine erzielt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransformator eine oder mehrere Gleichstromwicklungen mit beliebig vielen verteilten, ver bundenen Schaltstellen pro Pol besitzt, die eine zwangläufige, fortschreitende, gleichbleibende Verteilung der Schaltwindungen, _go auf die einzelnen Schaltstellen ermöglichen, zum Zwecke, eine erhebliche Störung der Kurvenform der elektrischen Betriebsgrößen zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.