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Verfahren zum Anlassen und selbsttätigen Synchronisieren eines Einankerumformers
mittels einer mechanisch gekuppelten synchronen Wechselstrom-Zusatzmaschine, In
Patentschrift 2766o9; Seite 3, Ziffer 57 ff., ist ein Verfahren zum Anlassen und
selbsttätigen Synchronisieren eines mit einer Zusatzmaschine gekuppelten Einankerumformers
beschrieben, bei dem eine besondere Anlaßwicklung der Zusatzmaschine in Reihe mit
der Ankerwicklung des Umformers geschaltet wird.
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Die dort angegebene Anordnung hat mehrere Nachteile. Sie erfordert
eine bedeutende Vergrößerung des Wickelraumes ixn Anker der Zusatzmaschine, wodurch
naturgemäß die ganze Maschine erheblich vergrößert und verteuert wird. Ferner gibt
die Anlaßwicklung, die viel mehr Windungen hat als die Betriebszusatzwicklung und
beim Anlassen nahezu,die volle zugeführte Spannung verzehrt, auch im Betriebe eine
weit größere als die normale Zusatzspannung, und diese wird sich bei negativer Erregung
der Zusatzmaschine zur Wechselstromspannung des Umformers addieren. Dies erfordert
nicht nur bessere Isolierung der Anlaßschleifringe und Wicklungen, sondern bedeutet
auch eine Gefahr für die Bedienung, insbesondere, da die Spannung zwischen den Anlaßschleifringen
nicht einen festen Wert hat, sondern von etwa Null bis zu etwa dem doppelten Wert
der Hauptspannung schwankt, je nach dem augenblicklichen Wert der positiven oder
negativen Erregung der Zusatzmaschine. Die Reihenschaltung mit dem Umformeranker
erfo- dert auch besondere Vorsicht in der Bemessung der Anlaßwicklung. Wenn ihre
Windung-,zahl zu klein gewählt ist, so wird der Anlaßstrom zu groß und kann den
remanenten Magnetismns des Umformers aufheben. Das letztere kann auch eintreten,
wenn die Netzspannung beim Anlassen zu hoch ist.
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In der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile vermieden und
der Zweck ohne besondere Anlaßwicklung erzielt, indem den Ankerwicklungen der synchronen
Zusatzmaschine Strom von niedriger Spannung zugefül_rt und die Verbindungen zwischen
Stromquelle, Zusatzmaschine und Umformer so: verändert werden, daß während des Anlassensdie
Reihenschaltung zwischen den Ankez-vicklungen der Zusatzmaschine und des Umformers
aufgehoben wird.
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Der- Anlaßstrom von niedriger Spannung wird am einfachsten dadurch
erhalten, daß man an den Niederspannungswicklungen des Transformators, der den Umformer
mit Strom versorgt, besondere Anzapfungen vorsieht, die eine zum Anlassen geeignete
Teilspannung liefern, entweder gleich oder verschieden von der normalen Zusatzspannung;
Es ist nicht notwendig, die Wicklungen der Zusatzmaschine während des Anlassens
von den Ankerwicklungen
des Umformers zu trennen, um die Wirkung
der Reihenschaltung zu beseitigen und zu verhüten, daß der in den Wicklungen der
Zusatzmaschine fließende starke Strom auch den Umformeranker durchfließe. Derselbe
Zweck kann auch durch geeignete Trennungen in den Transformatorwicklungen erzielt
werden. Die Zusatzmaschine arbeitet alsdann während des Anlassens als Induktionsmotor.
Die Ankerwicklungen, die an die Teilspannung des Transformators angeschlossen werden,
stellen die Primärwicklung dar. Der sektmdäre Teil ist das Magnetfeld mit seiner
Wicklung und den Polschuhen, die entweder massiv od°r geblättert sein können und
in letzterem Falle zweckmäßigerweise mit Dämpfern versehen werden. Das Feld der
Zusatzmaschine hat bei direkter Kupplung dieselbe Polzahl wie das Feld des Umformers.
Die Magnetwicklung wird zweckmäßigerweise kurzgeschlossen oder mit den Gleichstrombürsten
des Umformers verbunden. In letzterem Falle wird während des Anlassens der sekundäre
Wechselstrom in der Magnetwicklung auch den Anker des Umformers durchfließen. Dieser
Strom ist natürlich sehr klein im Verhältnis zum normalen Ankerstrom. Der Strom
im Anker der Zusatzmaschine ist unter Umständen ein Vielfaches des Normalstromes.
Da er aber nicht den Anker des Umformers durchfließt, so hat er auch keinerlei schädlichen
Einfluß auf die Bürsten und auf den remanenten Magnetismus des Umformers. Wenn die
Umdrehungszahl der Maschine wächst, so erregt sich der Umformer als Gleichstrommaschine
und kann als Stromquelle für die richtige Felderregung der Zusatzmaschine benutzt
werden. Im Momente, wo die Zusatzmaschine aus dem asynchronen Lauf in den synchronen
fällt, ist dann auch der Umformer im Synchronismus. Er wird dann auf richtige Spannung
gebracht, und es wird die Umschaltung auf »Betrieb« vorgenommen, bei der Zusatzmaschine
und Umformer. in Reihe an die Wechselstromspannung angeschlossen werden.
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Einige Schaltungsanordnungen für diesen Zweck sind als Beispiele der
Erfindung in den Fig. x bis q. dargestellt.
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In allen diesen Figuren ist vorausgesetzt, ! daß hochgespannter Drehstrom
mittels eines dreipoligen Schalters 5 einem Transformator 6 zugeführt wird, dessen
Hochspannungswicklung in Stern geschaltet ist. Die Zusatzmaschine kann rotierenden
Anker öder rotierendes Feld haben. In den Figuren ist das letztere angenommen. Die
Ankerwicklungen 7 sind feststehend, die Wicklung 8 des rotierenden Feldes ist mit
Schleifringen g verbunden, die mittels eines Reglers =o sowohl kurzgeschlossen,
als auch von den Gleichstrombürsten des Umformers mit Strom von gewünschter Richtung
und Stärke versorgt werden können. Der Umformer =i ist hier selbsterregt gezeichnet.
Die Erregerwicklung i2 mit Regler 13 ist an die Gleichstrombürsten angeschlossen,
und der Spannungsmesser =q. zeigt. Größe und Richtung der Gleichstromspannung an.
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In Fig. i ist ein dreipoliger Schalter 15, »Steinschalter«, ersichtlich,
mittels dessen die drei Niederspannungswicklungen des Transformators .während des
Betriebes in Stern geschaltet werden. =6 ist ein dreipoliger »Anlaßschalter«, mittels
dessen den Wicklungen 7 der Zusatzmaschine eine Teilspannung aufgedrückt werden
kann. Die Wicklungen 7 bleiben sowohl während des Anlassens als im Betrieb mit je
einer Niederspannungsklemme des Transformators und je einem Schleifring des Umformers
verbunden. Zum Anlassen wird der Sternschalter 15 geöffnet und der Anlaßschalter
16 ger chlossen. Dadurch wird den. Ankerwicklungen 7 der Zusatzmaschine die nötige
Anlaßspannung aufgedrückt, und sie wird als Induktionsmotor anlaufen. Die Ankerwicklung
des Umformers ist zwar mit den Wicklungen 7 verbunden; da aber die Sternverbindung
der drei Transformatorniederspannungswicklungen unterbrochen ist, so wird dem Umformeranker
keine Spannung aufgedrückt, und er bleibt, praktisch genommen, stromlos. Nach erreichtem
Synchronismus wird richtige Gleichstromspannung eingestellt, der Anlaßschalter 16
geöffnet und der Sternschalter i5 geschlossen.
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Eine kleine Abänderung dieser Schaltung ist in Fig. 2 gezeichnet.
Hier bleiben die Niederspannungswicklungen 22 des Transformators ständig in Stern
verbunden, aber die Wicklungen 21, die die zum Anlassen erforderliche Teilspannung
geben, können bei der unteren Stellung des dreipoligen Umschalters 17 von den Wicklungen
22 getrennt werden. In dieser Stellung berühren die beweglichen Kontakte zg die
unteren feststehenden Kontakte 2o. Dadurch werden die Teilwicklungen 21 unmittelbar
an je eine Wicklung 7 der Zusatzmaschine angeschlossen (Anlaßschaltung). Nach erreichtem
Synchronismus wird der Umschalter 17 in die obere Stellung gebracht. Da dann die
Kontakte i9 mit den feststehenden Kontakten =ß Schluß machen, so sind die Wicklungen
21 in Reihe mit 22, und die volle Spannung wird auf das in Reihe geschaltete Aggregat
von Zusatzwicklungen und Umformeranker aufgedrückt (Betriebsstellung).
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen sechsphasigen Umformer
mit, sechsphasiger Zusatzmaschine. Zum Anlassen dient ein sechspoliger Umschalter
23, dessen Anlaßstellung (rechts) mit vollen, und dessen Betriebsstellung (links)
mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Die sechs Umformerschleifringe sind mit
A, B, G, D, E, F bezeichnet, ebenso die den Schleif
ringen
zugeordneten Wicklungen der Zusatzmaschine. Die Niederspannungswicklung B, E des
Transformators hat nahe dem B-Ende eine Anzapfung BI und nahe dem E-Ende eine Unterbrechungsstelle
El und E2. In der Anlaßstellung -des Schalters ist BI in Kontakt mit b1 und El mit
e1, .daher der Wicklungsteil B, BI unmittelbar, an die B-Phase, der Wicklungsteil
E, Eiunmittelbar an die E-Phase der Zusatzmaschine angeschlossen, Das Analoge findet
in den anderen Phasen statt, und die Zusatzmaschine wird als sechsphasiger Asynchronmotor
anlaufen. Nach Erreichung des Synchronismus wird der Umschalter 23 in die gestrichelte
Betriebsstellung gebracht, dadurch die Verbindung der Umformerwicklungen mit den
Anzapfungen Bi, EI usf. aufgehoben; der Punkt E2 in der Transformerwicklung
ist über e2 mit EI verbunden, demnach die ganze B-E-Phase des Transformators über
die Zusatzwicklungen B und E und die Schleifringe B
und E an elektrisch
diametrale Punkte der Umformerankerwicklung angeschlossen. Das .Analoge findet in
der D-A- und F-C-Phase statt.
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Ein sechsphasiger Umformer kann natürlich auch als dreiphasiger Umformer
angelassen werden. Dies empfiehlt sich besonders, wenn. die Zusatzmaschine dreiphasig
gewickelt ist. Drei Schleifringe des Umformers können dann während des Anlassens
vom Netze abgeschaltet und für die übrigen Teile eine der Fig. = oder 2 ähnliche
Schaltung verwendet werden.
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In Fig. q., die wieder einen dreiphasigen Umformer zeigt, ist der
Umschalter 24 derart angebracht; daß er in der punktierten Anlaßstellung (links)
die Verbindung zwischen Zusatzwicklungen 7 und Umformerschleifringen unterbricht,
in der ausgezogenen Betriebsschaltung (rechts) die Reihenschaltung herstellt. Die
Transformatorniederspannungswicklungen bleiben -stets in Stern geschaltet.
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Es sind selbstverständlich. noch zahlreiche weitere Abänderungen der
beschriebenen Schaltungen möglich, insbesondere bei Verwendung von anderen Verbindungen
im Transformator, anderer Phasenzahl usw.
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Bei einer Zusatzmaschine mit rotierendem Anker müssen gewisse Endklemmen
durch Schleifringe erstetzt werden. Anstatt Teile der Betriebswicklungen des Haupttransformators
können besondere Wicklungen niederer Spannung oder auch ein besonderer Transformator
für das Anlassen allein verwendet werden. Die Anordnung der Schalter muß dann entsprechend
geändert werden.
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Es :st angängig, eine Zusatzmaschine ohne Ma`netwicklung zu verwenden.
Eine solche Maschine wirkt im Betrieb durch Erregung des Feldes vom Anker aus; sie
gibt negative Zusatzspannung, wenn sie von nacheilendem Strom durchflossen wird,
und positive Zusatzspannung, wenn der sie durchfließende Strom der Spannung merklich
voreilt. Die Umformerspannung kann daher durch Regelung des Umformer-feldstromes
verändert werden. Wenn das Feld der Zusatzmaschine mit ausgeprägten Polen versehen
ist, so kann die Maschine als Anlaßmotor verwendet werden und wird selbsttätig in
Tritt fallen. Da aber die Pole ohne Gleichstromerregung keine bestimmte Polarität
besitzen, so ist es möglich, daß nach dem Intrittfallen 'der Zusatzmaschine der
Umformer dieselbe oder die entgegengesetzte Phase wie das Netz hat. Wenn geeignet
"angebrachte Phasenlampen oder Spannungsmesser anzeigen, daß die Phase verkehrt
ist so wird der Anlaßschalter für einen Augenblick geöffnet, so daß die Maschine
etwas im Laufe zurückbleibt. Falls erforderlich, wird das Öffnen und Schließen wiederholt,
bis die richtige Phase hergestellt ist.