DE311994C - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die bekannte Regelung der Geschwindigkeit eines asynchronen Induktionsmotors durch eine mit ihm in Kaskade geschaltete Kollektormaschine und bezweckt im besonderen, auch Geschwindigkeiten in unmittelbarer Nähe des Syn-. chronismus und Geschwindigkeiten oberhalb des Synchronismus herstellen und einhalten zu können.

Keine der bisher bekannten Kaskadenanordnungen reicht in der Praxis aus, um die Geschwindigkeit des Induktionsmotors durch den Synchronismus hindurchzutreiben. Es wurde nun gefunden, daß, wenn die Geschwindigkeit in unmittelbarer Nähe des Synchronismus gehalten werden soll, die Größe und Phase des Kraftflusses der Kollektormaschine vollständig unter Kontrolle stehen müssen, genau so, wie beim Betrieb weit abseits vom Synchronismus, und daß Mängel in dieser Hinsicht sehr leicht dazu führen, daß der Induktionsmotor vollständig von der gewünschten Geschwindigkeit abweicht und anstatt dessen mit seiner, natürliehen nicht geregelten Geschwindigkeit läuft, die gewöhnlich um einen sehr kleinen Betrag unterhalb des Synchronismus liegt. In der Praxis ist es oft erforderlich, daß die Geschwindigkeit näher an den Synchronismus herangebracht wird, als bei den üblichen Anordnungen möglich ist.

Bei den üblichen Kaskadenanordnungen wird dem Feld der Kollektormaschine eine Spannung zugeführt, deren Phase im Verhältnis zu jener der Sekundärspannung des Hauptmotors mehr oder weniger fest liegt. Vorausgesetzt nun, daß es bei diesen Anordnungen möglich wäre, die Geschwindigkeit in unmittelbarer Nähe des Synchronismus zu regeln, so würden, wie sich gezeigt hat, kleine Geschwindigkeitsänderungen, die durch Schwankungen der mechanischen Belastung des Hauptmotors hervorgerufen werden, eine weitgehende Änderung in der Phase des Erregerstromes und daher des Kraftflusses der Kollektormaschine verursachen. Es hat sich ferner gezeigt, daß, selbst wenn der Feldstrom und der Kraftfluß mit konstanter Phase aufrechterhalten werden könnten, gleichwohl · bei zwei Geschwindigkeiten sehr veränderliehe Verhältnisse vorliegen würden. Diese beiden Geschwindigkeiten liegen ihrer absoluten Größe nach nicht weit vom Synchronismus, jedoch die eine näher und die andere weiter entfernt vom Synchronismus. Es ist nämlich beim Arbeiten mit einer vom Synchronismus entfernten Geschwindigkeit die Schlüpfungsfrequenz des Induktionsmotors verhältnismäßig groß und infolgedessen überwiegt der induktive Spannungsabfall in den Feldwicklungen der Kollektormaschine über den ohmischen Spannungsabfall. Unter diesen Umständen hat jede Neigung des Induktionsmotors, bei plötzlicher Belastungszu-

nähme seine Geschwindigkeit zu ändern, beispielsweise im Untersynchronismus, eine Zunahme der Schlüpfungsspannung und eine proportionale Zunahme der Schlüpfungsfrequenz im Gefolge. Der induktive Spannungsabfall im Feldstromkreis der Kollektormaschine wird infolge der Frequenzzunahme erhöht und verhindert, daß die größere angelegte Spannung mehr Strom durch die FeIdwicklung treibt, so daß gleichwohl ein unveränderter Kraftfluß aufrechterhalten wird. Während einer solchen Belastungsänderung bleibt der ohmische Spannungsabfall praktisch konstant, er ist aber so klein im Verhältnis zum induktiven Spannungsabfall, daß sein Einfluß auf den Feldstrom und Kraftfluß der Kollektormaschine in diesem Falle vernachlässigt werden kann.

Wenn andererseits eine Belastungszunahme auftritt, während der Induktionsmotor in der Nähe des Synchronismus läuft, dann ist die . Schlüpfungsfrequenz sehr klein, und der Spannungsabfall im Feldstromkreis beruht hauptsächlich auf dem ohmischen Spannungsabfall.

Infolgedessen kann die durch die Belastungszunahme vermehrte Schlüpfungsfrequenz im Feldstromkreis der Kollektormaschine nur durch eine Vergrößerung des Stromes ausgeglichen werden, und dies führt dazu, daß der Kraftfluß sich mit der Geschwindigkeit ändert, also nicht konstant ist. Dies ist der Grund, weshalb bei den üblichen Anordnungen der Betrieb in der Nähe des Synchronismus nicht möglich ist, weil eben hierbei gemäß den vorstehenden Darlegungen, bei Belastungsschwankungen die Größe und Phase des Kraftflusses sich ändert und außer für eine Belastung für alle anderen Belastungen unrichtige Werte haben, wodurch der gewünschte Nebenschlußcharakter der Kaskadenanordnungen verlorengeht. In der Tat erweisen sich diese Anordnungen häufig als instabil, so daß der Hauptmotor beim Verschwinden der Belastung seine natürliche, nicht geregelte Geschwindigkeit annimmt.

Bei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Kaskadenaggregat ist die Erregungsanordnung derart getroffen, daß sich eine ausgezeichnete Nebenschlußcharakteristik ergibt, und daß der Betrieb auf beiden Seiten des Synchronismus in beträchtlichem Abstand oder in unmittelbarer Nähe oder genau im Synchronismus möglich ist, und es gestaltet sich der Betrieb derart, daß der Hauptmotor bei jeder Geschwindigkeitseinstellung die gewünschte Charakteristik besitzt. Zu diesem Zwecke wird gemäß der getroffenen Einrichtung die Feldwicklung der regelnden Kollektormaschine mit einer Spannung gespeist, die eine geeignete Größe und Phase besitzt, um den induktiven Spannungsabfall auszugleichen, und ferner, die Eigenschaft besitzt, sich proportional zu der Schlüpfungsspannung und Schlüpfungsfrequenz zu ändern, sowie sich die Belastung ändert, und ferner mit einer weiteren Spannung, welche die geeignete Größe und Phase besitzt, um den ohmischen Spannungsabfall in der Feldwicklung auszugleichen, wobei jedoch diese zweite Spannung die Eigenschaft hat, durch Änderungen der Belastung Schlüpfungsspannung und Schlüpfungsfrequenz nicht berührt zu werden. Eine praktische Verwirklichungsform dieses Erfindungsgedankens besteht darin, daß die Feldwicklungen der Kollektormaschine in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand, welcher in folgendem als »Ohmabfall-Regelungswiderstand« bezeichnet werden soll, zwischen die Schleifringe des Induktionsmotors und die Bürsten der als Erreger dienenden Kollektormaschine geschaltet sind. Die Feldwicklung dieses Erregers ist dann so geschaltet, daß sie von den Schleifringen des Induktionsmotors über einen die Geschwindigkeit regelnden Widerstand und von einem Frequenzumformer über einen festen Widerstand gespeist wird. Dieser Frequenzwandler, welcher im folgenden als »Ohmabfall-Erreger« bezeichnet werden soll, ist von der obengenannten in der amerikanischen Patentschrift 1085151 dargestellten Type, hat seine Schleifringe an die Hauptstromquelle angeschlossen und rotiert mit einer Geschwindigkeit, die derjenigen des Hauptmotors proportional ist und gleichzeitig mit letzterer den synchronen Wert annimmt. Obwohl der Frequenzwandler dieselbe Anordnung wie bei der genannten amerikanischen Patentschrift aufweist, hat er doch im vorliegenden Fall eine vollständig abweichende Wirkungsweise. Eine abweichende Anordnung wird später beschrieben werden.

In der Zeichnung stellen die Fig. 1 bis 5 zur Erklärung dienende Vektordiagramme vor, die Fig. 6 und 7 ebensolche Schaulinien; die Fig. 8 zeigt ein vereinfachtes und die Fig. 9 ein vollständiges Schaltungsschema für die zuerst erwähnte Ausführungsform, und die Fig. 10 und 11 entsprechend für die erwähnte andere Ausführungsform.

Wenn wir eine der üblichen Kaskadenanordnungen betrachten, z. B. diejenige, bei welcher der Erreger für die Kollektorma- · schine seine Erregung ausschließlich von den Schleifringen des Hauptinduktionsmotors abnimmt, oder diejenige, bei welcher der Kollektormotor seine Erregung über einen Transformator von den Schleifringen abnimmt, dann sind die Beziehungen zwischen der zugeführten Spannung E, dem ohmischen Spannungsabfall IR und dem induktiven Spannungsabfall LX durch das Vektordiagramm

der Fig. ι veranschaulicht. Wenn ein der- ^! artiges Aggregat in der Nähe des Synchronismus betrieben werden könnte, dann würden die Beziehungen zwischen den angeführten Größen durch das Vektordiagramm der Fig. 2 dargestellt werden. In der Fig. 3 sind zwei Vektoren IR₁ und IR₂ gezeichnet, welche die relativen Phasen der entsprechenden Vektoren für den ohmischen Spannungsabfall der Fig. 1 und 2 darstellen. Der Anblick dieser Figuren zeigt, daß die Phase des Feldstromes, die mit dem ohmischen Spannungsabfall in Phase ist, und folglich auch die Phase des Kraftflusses der Kollektormaschine zwischen dem vom Synchronismus verhältnismäßig entfernten Betrieb und dem Betrieb in unmittelbarer Nähe des Synchronismus in weiten Grenzen schwankt.

Wenn wir nun den Fall betrachten, daß es durch irgendwelche Mittel möglich sei, einen Kraftfluß von konstanter Phase aufrechtzuerhalten, dann könnte für den vom Synchronismus abseits liegenden Betrieb die relative Größe des induktiven und des ohmischen Spannungsabfalles in den Feldstromkreisen der Kollektormaschine durch das Diagramm der Fig. 4 veranschaulicht werden' und während des Betriebes in der Nähe des Synchronismus durch das Diagramm der Fig. 5.

Beim Vergleich beider Diagramme ist zu berücksichtigen, daß beide in verschiedenem Maßstab gehalten sind. Es ist jedoch das eine klar ersichtlich, daß während des Betriebes mit einer abseits vom Synchronismus liegenden Geschwindigkeit der induktive Spannungsabfall in ausgeprägter Weise vorherrscht, während beim Betrieb mit einer nahe dem Synchronismus liegenden Geschwindigkeit der induktive und ohmische Spannungsabfall einander mehr gleich werden oder sogar ihre relative Größen umkehren.

Zur deutlicheren Erklärung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes seien nun zunächst an Hand der Fig. 8 für ein besonderes Ausführungsbeispiel die wesentlichen Teile der Gesamtanordnung beschrieben. Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird von einer Wechselstromquelle 20 der Primärwicklung des Hauptinduktionsmotors 21 Strom geliefert. Zur Regelung der Geschwindigkeit des letzteren dient ein Regelsatz 30, welcher gewöhnlich aus einer an die gleiche Stromquelle angeschlossenen Induktionsmaschine 31, einer regelnden Kollektormaschine 32 und einem Erreger 40 besteht. Die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise auch bei anderen Kaskadenanordnungen anwendbar, z. B. bei. derjenigen, bei welcher die Kollektormaschine mit dem Hauptmotor gekuppelt ist. Die Kollektormaschine besitzt eine Erregerwicklung 35 und erforderlichenfalls Zwischenpolwicklungen 36. Der Erreger 40 besitzt beispielsweise zwei Erregerwicklungen43 und44, deren letztere durch den Feldwiderstand 50 geregelt wird. Die Erregerwicklung 43 wird ⁶5 von einem Frequenzwandler 60 gespeist, dem obenerwähnten Ohmabfall-Erreger. Dieser Ohmabfall-Erreger ist so angeordnet, daß er mit einer Geschwindigkeit proportional derjenigen des .Hauptinduktionsmotors umläuft, indem er z. B. mit diesem gekuppelt ist. Seinen Schleifringen wird Strom von der Hauptstromquelle geliefert, und «wischen seine Bürsten und die Erregerwicklung 43 des Erregers 40 wird zweckmäßig ein fester Widerstand 64 zwischengeschaltet. Die Erregerwicklung 35 des Regelmotors 32 ist in Reihe zwischen die Bürsten des Erregers 40 und die . Schleifringe des Hauptinduktionsmotors geschaltet. In diesem Stromkreis ist nun ein Regelungswiderständ 70 vorgesehen, der obenerwähnte Ohmabfall-Regelungswider-' stand. Die Fig. 8 zeigt eine Dreiphasenanordnung, die Erfindung ist jedoch bei beliebiger Phasenzahl anwendbar.

Bei den üblichen Kaskadenanordnungen fehlen der Ohmabfall-Erreger und der Ohmabfall-Regelungswiderstand, und die Erregerwicklung des Erregers besteht aus einem einzigen Windungssystem. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 ist diese Wicklung des leichteren Entwurfes wegen in zwei Teile geteilt, doch ist diese Unterteilung nicht wesentlich. Bei den üblichen Kaskadenanordnungen mag daher die Erregung des Regel- motors teils von der Schlüpfungsspamiung, teils von der Spannung des Erregers geliefert werden, welch letztere durch einen Regelungswiderstand geregelt wird. Wird nun der ohmische Spannungsabfall vernachlässigt, dann ändert sich die Spannung, welche an die Erregerwicklung des Regelmotors für verschiedene Geschwindigkeiten und dementsprechend für verschiedene Schlüpfungsfrequenzen angelegt werden soll, mit dem Qua- i°5 drat der Schlüpfungsfrequenz. Die anzu legende Spannung wird daher durch eine parabolische Schaulinie dargestellt, wie die Schaulinie 10 der Fig. 6 zeigt. In dieser Figur sind als Abszissen die Schlüpfungsfre- no quenzen und als Ordinaten die Spannungen aufgetragen. Die Schlüpfungsspannung des Hauptinduktionsmotors ändert sich andererseits einfach proportional der Schlüpfungsfrequenz und kann in demselben Diagramm der Fig. 6 durch eine gerade Linie 15 dargestellt werden. Ersichtlich ist nur notwendig, einen Erreger anzuordnen, welcher der Schlüpfungsspannung entgegenwirkt und geeignet ist, eine Spannung der richtigen Phase und von einer Größe zu erzeugen, deren Höchstwert durch den größten Unterschied

zweier zugehöriger Ordinaten der Schaulinien io und 15 gegeben ist. Eine derartige Anordnung verringert die Größe des Erregers außerordentlich, wie bereits aus der Patentschrift 241188 dargelegt ist, und es kann die Größe gemäß der genannten Patentschrift noch weiter verringert werden, wenn die einzelnen Teile so bemessen sind, daß sich die beiden Schaulinien in einem Punkte schneiden, welche ungefähr ^B/_c des größten Geschwindigkeitsbereiches entspricht, und wenn der. Erreger abwechselnd als Spannungserhöher und Spannungserniedriger dient. Eine solche Anordnung ist sehr wirtschaftlich und besitzt manche Vorteile, daneben aber den Nachteil, daß bei Geschwindigkeiten, die niedrigen Schlüpfungsfrequenzen entsprechen, d. h. also bei Geschwindigkeiten nahe dem Synchronismus, der Unterschied zwischen der Schlüpfungsfrequenz und der .Erregerspannung, welcher an die -Erregerwicklung des Regelmotors angelegt werden soll, nur ein kleiner Bruchteil jeder dieser beiden Spannungen ist. Es folgt daraus, daß ein Fehler von 10 v. H. in der Einstellung der Erregerspannung leicht einen Fehler von 100 v. H. in der dei Feldwicklung des Regelmotors zugeführten Spannung herbeiführen kann. Ferner ist die Komponente des ohmischen Abfalles der angelegten Spannung bei Geschwindigkeiten nahe dem Synchronismus verhältnismäßig groß. Dies macht die Anordnung sehr empfindlich gegen Belastungsschwankungen. Die Bedeutung der relativen Größe des ohmisehen und induktiven Spannungsabfalles soll an Hand der Fig. 6 und 7 klarer dargelegt werden. Die Schaulinie 10 in der Fig. 6 ver-, anschaulicht gleichzeitig auch die Schwankungen in der Größe des induktiven Spannungsabfalles im Feldstromkreis der regelnden Kollektormaschine für verschiedene Geschwindigkeitseinstellungen und dementsprechend verschiedene Schlüpfungsfrequenzen, während die Schaulinie 11 den entsprechenden ohmischen Abfall im Feldkreis dieser Maschine für die üblichen Anordnungen darstellt. In der Fig. 7 ist der linke, untere Teil der Fig. 8 in vergrößertem Maßstabe dargestellt. Diese Figur veranschaulicht also den Betriebszustand in unmittelbarer Nähe des Synchronismus. Bei den üblichen Anordnungen mit Kollektorerreger erweist es sich selbst bei Vernachlässigung des ohmischen Abfalles im praktischen Betrieb als unmöglich, die Geschwindigkeit des Induktionsmotors im ganzen Bereich bis zum Synchronismus zu regeln; denn, wie bereits erwähnt wurde, treten instabile Zustände ein, wenn nahezu die ganze Schleifringspannung durch die Erregerspannung ausgeglichen wird, um den kleinen Spannungsunterschied herzustellen, den das Feld des Regelmotors in der Nähe des Synchronismus benötigt. Bei der vorliegenden Anordnung dagegen ist die Notwendigkeit, den kleinen induktiven Spannung'sabfall in der Feldwicklung der regelnden Kollektormaschine bei Geschwindigkeiten sehr nahe dem Synchronismus auszugleichen, umgangen, und es wird die regelnde Kollektormaschine durch die Geschwindigkeit des Hauptmotors entsprechend der vertikalen Linie 12 beispielsweise auf synchrone Geschwindigkeit eingestellt, indem durch den zusätzlichen Widerstand des Ohmabfall-Regelungswiderstandes 70 die Komponente des ohmisehen Spannungsabfalles im Feldkreis dieser Maschine eingestellt wird. Bei den üblichen Kaskaden-Aggregaten würde unter gewöhnlichen Umständen eine derartige Anordnung sehr wenig zweckentsprechend sein, da der ohmische Spannungsabfall bereits ohne künstliche Vergrößerung groß genug ist, um sehr störend zu wirken. Bei der vorliegenden Anordnung ist dagegen die Komponente des ohmischen Spannungsabfalles der dem Feldkreis der Kellektormaschine 32 einschließlich des Widerstandes der Ankerwicklung des Erregers 40 zugeführten Spannung künstlich durch Einfügung des Ohmabfall-Regelungswiderstandes 70 vergrößert. Diese Komponente wird durch die willkürliche Spannung geliefert, welche durch die vom Ohmabfall-Erreger 60 gelieferte Erregung der Erregerwicklung 43 bestimmt ist und welche, wenn sie konstant gehalten wird, durch die horizontale Linie 14 der Fig. 6 und 7 veranschaulicht wird. Der Ohmabfall-Erreger wird hierbei beispielsweise so bemessen, daß er den gesamten ohmischen Abfall bei voller Regelung, wenn die Rotationsspannung der KoI-lektormaschine ihren Höchstwert besitzt, liefern kann; dieser Abfall ist durch die Ordinate des Endpunktes der Schaulinie 11 dargestellt. Infolgedessen wird der durch die Fig. 7 veranschaulichte Betrieb in der Nähe des Synchronismus von dem durch die Linie 14 veranschaulichten ohmischen Abfall begleitet, welcher im Vergleich zu dem durch die Linie 10 dargestellten induktiven Spannungsabfall sehr groß ist, und es wird der Strom in der Feldwicklung 35 der Kollektormaschine durch Einstellung des Ohmabfall-Regelungs\viderstandes 70 in vollkommener Weise überwacht. Und nun, da der ohmische Abfall im Feldkreis der Kollektormaschine 32 im Vergleich mit dem induktiven Spannungsabfall sehr groß ist, hat eine Abweichung von selbst 100 v. H. zwischen der Spannung, die zum Ausgleich des letzteren theoretisch genau erforderlich ist, und deren tatsächlichem Wert praktisch keinen Einfluß auf den Kraftfluß der Erregerwicklung 35. Es ergibt sich so,

daß durch geeignete Einstellung sowohl des Erregerfeldwiderstandes 50 zwecks Regelung der Komponente des induktiven Spannungsabfalles als auch des Ohmabfall-Regelungs- Widerstandes 70 zur Regelung der Komponente des ohmischen Spannungsabfalles die Geschwindigkeit des Hauptmotors auf jeden gewünschten Wert eingestellt und unbeschränkt auf diesem Wert gehalten werden kann.

Wenn während des Betriebes in der Nähe des Synchronismus die Geschwindigkeit und daher die Schlüpfung des Hauptmotors infolge irgendeiner anderen Ursache als der Einstellung der Widerstände von dem in Fig. 7 eingezeichneten Höchstwert in den Synchronismus hinein schwankt, während die Erregung des Kollektormotorfeldes konstant gehalten wird, dann verläuft die Änderung im ohmischen und induktiven Spannungsabfall längs der gestrichelten Linien 17 und 18; der induktive .Spannungsabfall ändert sich proportional der Schlüpfung, während der ohmische Spannungsabfall konstant bleibt.

Bei'den gebräuchlichen Anordnungen hat eine aus beliebiger Ursache eintretende große Abweichung der Geschwindigkeit vom eingestellten Wert zur Folge, daß der Kraftfluß des Kollektormotors vollständig anders als beabsichtigt ausfällt. Beispielsweise kann die Einstellung für volle Regelung sein; wenn aber durch irgendeine große Kraft der Hauptmotor in Synchronismus getrieben wird, würde der Kraftfluß des Kollektormotors verschwinden und der Hauptmotor würde nach Beseitigung der Kraft nicht mehr auf die frühere Geschwindigkeit zurückkehren. Bei der vorliegenden Anordnung dagegen hat der Kraftfluß der Kollektormaschine auch im Synchronismus noch den richtigen Wert, da in ihrem Feldkreis alle induktiven Spannungsabfälle und die sie ausgleichenden Spannungskomponenten beseitigt sind, während die Ohmabfälle und die sie ausgleichenden Spannungskomponenten bei der

Frequenz Null die nämlichen sind wie bei der Arbeitsfrequenz. Daher kehrt das Aggregat

. nach Beseitigung der störenden Kraft sofort mit kräftigem Antrieb zur. richtigen Hauptmotorgeschwindigkeit zurück.

Nachdem so das Wesentliche der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes erläutert ist, soll eine tatsächliche Ausführungsform ausführlicher beschrieben werden. Wie Fig. 9 zeigt, sind hierbei die nämlichen wesentlichen Elemente vorhanden, welche in der Fig. 8 dargestellt sind, außerdem eine Reihe weiterer Apparate. Mit den Schleifringen des Hauptmotors kann ein Anlaßwiderstand 22 mittels eines Schalters 23 verbunden werden. Zwischen die Schleifringe und die Bürsten der Kollektormaschine 32 ist ein Schalter 24 gelegt. Die Kollektormaschine 32 besitzt eine mit Kommutator versehene Ankerwicklung 33 und eine mit dieser in Reihe liegende Kornpensationswicklung 34, ferner eine Erregerwicklung 35 und Zwischenpolwindungen 36. Der Kollektorerreger 40 besitzt gleichfalls eine mit Kommutator versehene Ankerwicklung 41 und eine mit ihm in Reihe liegende Kompensationswicklung 42. Seine Erregerwicklung ist in zwei Teile 43 und 44 geteilt, von denen letzterer mit den Schleifringen des Hauptmotors 21 über einen Trennschalter 45 verbunden ist. In Reihe mit dieser Wicklung liegt der Erregerfeld-Regelungswiderstand 50, dessen Abteilung 51 mit den Kontaktknöpfen 52 verbunden sind. Die Zwischenpolwindungen 36 sind mit den Kontaktsegmenten 53 verbunden, und der Schaltarm 54 ist so eingerichtet, daß er die äußeren Segmente mit den Kontaktknöpfen 52 verbindet und die inneren Segmente kürzschließt. Der andere Teil 43 der Erregerwicklung des Erregers 40 ist an die Bürsten des Ohmabfall-Erregers 60 angeschlossen. Dieser besitzt eine Kommutatorwicklung 61, die über Schleifringe mit der Hauptstromquelle verbunden ist, und zwar über einen Transformator 62, der zur willkürlichen Einstellung der Spannung des Ohmabfall-Erregers dient, und über einen Trennschalter 6.3. In Reihe zwischen den Bürsten des Ohmabfall-Erregers 60 und der Erregerwicklung 43 liegt ein fester Widerstand 64, dessen Zweck weiter unten erläutert werden wird. Die Erregerwicklung 35 der. Kollektormaschine 40 ist mit den Schleifringen des Hauptmotors 21 über den Ohmabfall-Regelungswiderstand 70 verbunden. Die Schaltarme der Regelungswiderstände 50 und 70 sind vorzugsweise miteinander mechanisch verbunden. Dieser Regelungswiderstand 70 ist ähnlich wie der Erregerfeld - Regelungswiderstand 50 gebaut und besitzt Widerstandsabteilungen 71, diemit den Kontaktknöpfen 72 verbunden sind. Die Enden jeder Phase der Erregerwicklungen 35 sind an Kontaktsegmente 73 angeschlossen, wodurch ein Ende jeder Phase durch die äußeren Schleifstücke des Schaltarmes 75 mit einem ' bestimmten Punkt des zugehörigen Wider-Standes 71 verbunden wird, während das andere Ende über eines der inneren Schleifstücke des Schaltarmes 75 und eines der innersten Kontaktsegmente 74 mit einer Bürste des Erregers 40 verbunden wird. Diese Verbindung erfolgt unmittelbar, wenn der Schaltarm 75 aus seiner Mittellage im Sinn des Uhrzeigers verdreht ist, dagegen über die Sekundärwicklung eines Reihentransformators 80, wenn der Schaltarm 75 aus der Mittellage entgegengesetzt dem Uhrzeiger verdreht ist. Die erste Stellung des Schalt-

armes 75 entspricht dem Betrieb unterhalb Synchronismus, die zweite Stellung dem Betrieb oberhalb Synchronismus. Die Primärwicklung des Reihentransformators 80 ist in die von den Schleifringen des Hauptmotors ausgehende, zur Kollektormaschine 30 und zum Erreger 40 führende Hauptleitung geschaltet. Außerdem ist ein zweiter Reihentransformator 37 vorhanden, dessen Sekundärwinduiigen im Nebenschluß zu den Zwischenpolwindungen 36 dejr Kollektormaschine 30 liegen und dessen Primärwindungen in den Leitungen liegen, welche von den Schleifringen des Hauptmotors zu den Bürsten des Erregers führen.

Der Betrieb der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Anordnung gestaltet sich folgendermaßen :

Die Schalter 24, 45 und 63 sind zweckmäßig im Anfang geöffnet und es wird dann der Hauptmotor mittels des Anlaßwiderstandes 22 angelassen. Wenn dann die Betriebsgeschwindigkeit erreicht ist, so wird unter der, Voraussetzung, daß der Regelsatz 30 bereits läuft, der Schalter 23 geöffnet und die Schalter 24, 45 und 63 geschlossen. Die Regelungswiderstände 50 und 70, die vorzugsweise mechanisch miteinander verbunden sind, so daß sie gemeinsam verstellt werden können, mögen beispielsweise in der äußersten rechten Stellung stehen. Dann ist der gesamte Regelungswiderstand 51 in Reihe mit dem Teil 44 der Erregenvicklung des Erregers 40 geschaltet und infolgedessen die von diesem Wicklungsteil bewirkte Erregung des Erregers praktisch auf Null herabgesetzt. Der gesamte induktive Spannungsabfall im Feldkreis der Kollektormaschine 32 wird dann von den Schleifringen des Hauptmotors geliefert und die Geschwindigkeit des Hauptmotors so weit unter den Synchronismus herabgedrückt, als ohne Umkehrung der Erregung des Erregers 40 möglich ist. Die Betriebsgeschwindigkeit entspricht dann dem Punkt 16 der Fig. 6. Es ist zu beachten, daß bei dieser Geschwindigkeit der gesamte Widerstand des Ohmabfall-Regelungswiderstandes 70 ausgeschaltet ist, und infolgedessen der gesamte Ohm-Spannungsabfall im FeId¹-kreis der Kollektormaschine 32 in ihrer Erregerwicklung 3 5 und in der Kompensationswicklung 42 und Ankerwicklung 41 des Erregers 40 aufgezehrt wird.

Verstellung der Schaltarme 54 und 75 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn verstärkt die Erregung der Erregerwicklung 44, verursacht, daß die vom Erreger 40 erzeugte Spannung der Schlüpfungsspannung des Hauptmotors entgegenwirkt, und verringert die dem Erregerkreis der Kollektormaschine 30 zugeführte, den induktiven" Spannungsabfall dieses Kreises aufhebende Spannung. Da der induktive Spannungsabfall die vorherrschende Komponente ist, so wird die Regelung hauptsächlich durch die Verstellung des Regelungs-Widerstandes 50 bewirkt. Der Strom in der Erregerwicklung 35 der Kollektormaschine und daher die von dieser erzeugte Spannung, die durch die Schlüpfungsfrequenz des Hauptmotors 21 ausgeglichen werden muß, wird verringert und dadurch ein Anwachsen der Geschwindigkeit des- letzteren bewirkt. Gleichzeitig ist in den Feldstromkreis der Kollektormaschine 32 ein Teil des Widerstandes 71 eingeschaltet worden, so daß der Strom dieser Wicklung geschwächt wurde. Durch diese künstliche Vergrößerung des Widerstandes des Feldstromkreises kann der ohmische Spannungsabfall dieses Kreises "willkürlich eingestellt und vorzugsweise konstant erhalten werden. Die diesen ohmischen Abfall ausgleichende Spannungskomponente wird dem Feldkreis vom Erreger 40 zugeführt infolge der dem Feldwicklungsteil 43 des Erregers vom Ohmabfall - Erreger 60 zügeführten konstanten Erregung. Da der nützliche Kraftfluß des Kollektorerregers 40 diesen Feldwicklungsteil 43 durchsetzt, so würde in ihm transformatorisch eine Spannung induziert werden, die zu der vom Ohm- abfall-Erreger gelieferten Spannung störend hinzutreten würde. Um diese Störung vernachlässigbar klein und dadurch den vom Ohmabfall-Erreger 60 gelieferten Strom möglichst konstant zu machen, ist der Widerstand 64 zwischengeschaltet. Durch Anordnung eines getrennten Wicklungsteiles 43 ist es möglich, die für diesen Wicklungsteil erforderliche Spannung passend wählen und dadurch den Ohmabfall-Erreger 60 vorteilhafter entwerfen zu können. Der Umstand, daß der Ohmabfall-Erreger mit einer Geschwindigkeit umläuft, die derjenigen des Hauptinduktionsmotors proportional bzw. im vorliegenden Fall gleich ist, bewirkt zwangsweise, daß die Frequenz, der von diesem Erreger gelieferten Ströme den richtigen Wert besitzt. Es ist daher nur notwendig, die Ankerwicklung 61 des Ohmabfall-Erre- ■ gers 60 im Verhältnis zu derjenigen des Hauptmotors 21 passend einzustellen, damit auch die Phasenbeziehungen richtig sind.

Weitere Drehung der Regelungswiderstände 50 und 70 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn verringert den Widerstand 51 im Feldkreis der Kollektormaschine 32. Beim Erreichen des Synchronismus wird, wie bereits erläutert wurde, die den induktiven Spannungsabfall ausgleichende Komponente der dem Feldkreis des Regelmotors zugeführten Spannung von untergeordneter Bedeutung gegenüber der den Ohmabfall ausgleichenden Korn-

ponente. Infolgedessen wird dann die Geschwindigkeit des Hauptmotors hauptsächlich durch die Einstellung· des Ohmabfall-Regelungswiderstandes 70 beeinflußt, unabhängig von jedem möglichen Fehler in der Komponente des induktiven Spannungsabfalles, wie sie durch den Regelungswiderstand 50 be-• dingt wird.

Wenn nun die Geschwindigkeit des Hauptmotors bis über Synchronismus gebracht werden soll, werden die Regelungswiderstände 50 und 70 entgegengesetzt dem Uhrzeiger gedreht und hierdurch der Strom in der Erregerwicklung 35 der Regelmaschine 32 . umgekehrt.

Diese wird hierdurch Stromerzeuger und bewirkt, daß der Hauptmotor mit einer Geschwindigkeit oberhalb des Synchronismus läuft, was mit einer Umkehrung der Phasenfolge im Sekundärkreis des Induktionsmotors und im Stromkreis des Regelsatzes verbunden ist. Weitere Drehung des Regelungswiderstandes im gleichen Sinne erhöht den Widerstand 51 im Feldkreis 44 des Erregers 40 und verringert den Widerstand 71 im Feldkreis der Regelmaschine 32, wodurch sich "die bereits geschilderten Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge wiederholen.

Es ist zu beachten, daß während des Betriebes oberhalb Synchronismus der Reihentransformator 80 im Feldkreis der Regelmaschine 32 eingeschaltet ist. Dieser Transformator ist vorzugsweise mit einem Luftspalt und mit solcher Phaseiikombination gebaut, daß er eine Spannung einführt, welche die bei der Kollektorkaskade bekanntlich mögliche Phasenkompensation unterstützt. Da der Reihentransformator 80 primär vom Sekundärstrom des Hauptmotors durchflossen wird, so. hängt seine Wicklung von der Belastung des Hauptmotors ab, was gerade erwünscht ist.

Die zur Regelung dienende Kollektormaschine erhält vorzugsweise Zwischenpole, die in bekannter Weise durch geeignete Pha-, senkombination der Kompensationswindungen beispielsweise in der Art der amerikanischen Patentschrift 1118433 ^so erregt-werden, daß sie die Reaktanzspannung der kommutierenden Ankerwindungen aufheben. In den durch die Bürsten kurzgeschlossenen Ankerwindungen werden schädliche Ströme auch durch die von der Rotation des Erregerfeldes herrührende Transformatorspannung hervorgerufen. Die Transformatorspannung ist proportional der Frequenz, welches die Schlüpfungsfrequenz des Hauptmotors, ist, und der Größe des Hauptkraftflusses der Kollektormaschine. Letzterer ist gleichfalls proportional der Schlüpfungsfrequenz, da er der Rotationsspannung der Kollektormaschine proportional ist, die ihrerseits ungefähr proportional der Schlüpfungsfrequenz ist. Infolgedessen ist .die Transformatorspannung proportional dem Quadrat der Schlüpfungsfrequenz. Die in den Figuren dargestellte ^e5 Schaltung liefert eine Erregung der Zwischenpolwindungen, die sich dem gewünschten Wert sehr eng nähert. Die Erregung besteht nämlich aus zwei Komponenten, deren eine, vom Reihentransformator 37 gelieferte mit dem Strom in der Haupterregerwicklung 35 schwankt, und deren andere, unmittelbar über den Regelungswiderstand 50 gelieferte mit dem Strom in der Erregerwicklung 44 schwankt.

Zufolge der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel getroffenen besonderen Wahl der Größe des Geschwindigkeitsbereiches ist hier eine Umkehrung des Stromes in den Erregerwicklungen 43 und 44 des Kollektorerregers 40 nicht erforderlich. Ist dagegen der Geschwindigkeitsbereich so groß, daß die Geschwindigkeit über jenen Punkt hinaus geregelt werden muß, welcher dem Punkt 16 der Fig. 6 entspricht, dann wird eine Umkehrung des Stromes in diesen Wicklungen erforderlich.

Das in den Fig. .10 und 11 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem bereits früher beschriebenen Ausführungsbeispiel hauptsächlich durch die Schaltung der Erregerwicklung 35 der Kollektormaschine 32. Bekanntlich kann die Erregung der Kollektormaschine den Schleifringen des Hauptinduktionsmotors entnommen und durch einen Transformator mit Anzapfungen geregelt werden. Dies ist auch bei der Anordnung nach Fig. 10 der Fall, gemäß welcher die Erregerwicklung zwischen die Bürsten des Ohmabfall-Erregers 60 und einen beispielsweise einspuligen Regelungstransformator 90 geschaltet ist, welcher primär an die Schleifringe des Hauptmotors angeschlossen ist. Zwischen Transformator und Erregerwicklung ist noch der Ohmabfall-Regelungswiderstand 70 geschaltet. Die der Erregerwicklung 35 zugeführte Spannung ist nun die Resultante der vom Transformator 90 und vom Ohmabfall-Erreger 60 gelieferten. Spannungen, vermindert um den Spannungsabfall im Widerstand 70. Die Regelung des Induktionsmotors wird hier bei Geschwindigkeiten abseits des Synchronismus hauptsächlich durch die Einstellung der Spannungskomponente bewirkt, welche den induktiven Spannungsabfall im Feldkreis ausgleicht, und zwar durch die Einstellung der vom Transformator 90 gelieferten Spannung, während sie bei Geschwindigkeiten in der Nähe des-Synchronismus hauptsächlich durch die Änderung des Widerstandes 70 bewirkt wird. Der Transformator 90 besitzt Windungen 91 (Fig. 11),

Claims (4)

1. deren Anzapfungen 92 mit Kontaktknöpfen 93 versehen sind. Diese werden durch den Schaltarm' 94, der vorzugsweise mit dem Schaltarm 75 des Ohmabfall-Regelungswider-Standes mechanisch verbunden ist, mit Kontaktsegmenten 93 verbunden, wodurch die von den Schleifringen des Hauptmotors der Er-· regerwicklung 35 gelieferte Spannung eingestellt wird. Beim Übergang von Untersynchronismus auf Übersynchronismus wird die Phasenfolge in dem Sekundärstrom des Induktionsmotors und im Stromkreis des Regelmotors umgekehrt, während die Sekundärspannung auf Null verringert und dann umgekehrt wird infolge der Einrichtung der Schaltvorrichtungen für den Regelungstransformator 90 und den Ohmabfall-Regelungswiderstand 70. Die Zwischenpolwindungen 36 der Kollektormaschine sind bei dieser An-

   ao Ordnung zwischen die Schleifringe des Hauptmotors und den Transformator 90 geschaltet. Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 10 und 11 ist im wesentlichen dieselbe wie bei Fig. 8 und 9 und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.

   Patent-A ν Sprüche:

   i. Kaskade, bestehend aus Induktionsvordermotor und Kommutatorhintermaschine, wobei die Regelung der Erregung der Hintermaschine durch Ohmsche Widerstände erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Synchronismus der Vordermaschine die Erregung der Hintermaschine im wesentlichen durch die Ohmschen Widerstände derart geregelt wird, daß der Ohmsche Spannungsabfall im Erregerkreis über den ganzen Regulierbereich im wesentlichen konstant und so groß gehalten wird, daß er im Bereich des Synchronismus, wo der induktive Abfall im Erregerkreis andernfalls labile Betriebszustände zur Folge haben würde, die Größe des Erregerstromes fast ausschließlich beherrscht.
2. 2. Kaskade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ohmsche Spannungskomponente im Erregerkreis durch einen Frequenzwandler erzeugt wird.
3. 3. Kaskade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Spannungskomponente im Erregerkreis von den Schleifringen des Vordermotors und einem hiermit in Reihe geschalteten Reguliertransformator geliefert wird.
4. 4.' Kaskade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Spannungskomponente im Erregerkreis von den Schleifringen des Vordermotors und einer hiermit in Reihe geschalteten Erregermaschine geliefert wird, deren Erregerstrom durch Ohmsche Widerstände geregelt wird.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.