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Anlaßverfahren für in Kaskaden geschaltete Gruppen elektrischer Maschinen.
Die Gruppen von elektrischen Maschinen, die aus einer Maschine vom asynchronen Typ
und einer vom synchronen Typ bestehen, insbesondere Kaskadenumformer, wobei der
Anker der ersteren Maschine in Kaskade mit der zweiten Maschine geschaltet ist,
haben den Vorteil, daß ihre Inbetriebsetzung wie bei einem gewöhnlichen asynchronen
Motor bewirkt werden kann. Um dieses Anlassen auszuführen, genügt es, drei Phasen
des asynchronen Läufers an drei Ringe anzuschließen, deren Bürsten mit einem DreiphasenanIaßwiderstand
in Verbindung stehen. Wenn nun auch das Inbetriebsetzen "leicht ist, so kann die
Synchronisation von solchen Gruppen doch nur durch tastende Versuche und nicht ohne
eine besondere Geschicklichkeit erfordernde Regulierung erreicht werden.
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Die folgenden Betrachtungen beziehen sich, um ein Beispiel zu geben,
auf einen Kaskadenumformer, der aus einem asynchronen Motor besteht, dessen Läufer
direkt mit dem Anker eines Gleichstromerzeugers verbunden ist, der die Rolle der
synchronen Maschine spielt. Die Erfindung kann aber auch bei jeder anderen Kaskadengruppierung
einer asynchronen Maschine mit einer synchronen vorgenommen werden.
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Fig. z der Zeichnung gibt ein allgemeines Schema der bekannten Einrichtung
für das Inbetriebsetzen eines Kaskadenumformers.
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In dieser Figur bezeichnet S die Wicklungen des Stators und R die
Wicklungen des Rotors des asynchronen Motors, der auf der einen Seite an den' Anker
G des Stromerzeugers angeschlossen ist, bei dem F die mittels eines Widerstandes
Rc regelbaren Feldmagnete sind; andererseits ist der asynchrone Motor mittels Ringe
b an einem Anlaßwiderstand Rt angeschlossen. Der Synchronisationsapparat besteht
aus einem Spannungsmesser V.
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Es sei nun angenommen, daß mittels des Dreiphasenaniaßwiderstandes
Rt die Gruppe in die Nähe der normalen Geschwindigkeit gebracht worden ist, und
daß mit Hilfe des Rheostaten Rc die Erregung F der synchronen Maschine in der Weise
geregelt ist; daß die in dem Anker dieser Maschine erzeugte Spannung zwischen zwei
Verbindungen, die zu dem asynchronen Rotor führen, gleich ist der Spannung, die
zwischen denselben Verbindungen im Rotor durch den primären Kiaftlinienfluß induziert
wird. Wenn unter diesen Bedingungen der vollkommene .Synchronismus herbeigeführt
worden ist, so heben sich die elektromotorischen Kräfte auf, die zwischen zwei Ringen
b resultierende Spannung wird Null, und es fließt kein Strom in den Wicklungen des
Rotors. Da das Drehmoment in dem Augenblick Null ist, so ist die Gruppe offenbar
bestrebt, langsamer zu gehen. Angenommen, daß in bezug auf einen deraitigen ideellen
Rotor, der synchron läuft, der wirkliehe
kotor sich nach rückwärts
um einen Winkel x verschoben hat, soist es leicht, einzusehen, daß die in dem Rotor
durch den primären Kraftlinienfluß erzeugte elektromotorische Kraft um denselben
Winkel nach vorwärts verschoben ist. Im Gegensatz dazu verschiebt sich die in dein
Anker durch den Kraftlinienfluß der synchronen Maschine erzeugte elektromotorische
Traft rückwärts um denselben Winkel, und diese elektromotorischen Kräfte erzeugen
eine Resultierende e, wie Fig. 2 zeigt. Diese resultierende Spannung, welche keine
andere ist als die Spannung an den Ringen des Rotors, erzeugen in den Widerständen
des Anlaßrheostaten einen Strom I, welcher sich ungefähr in Phase mit dieser Spannung
befindet. Man sieht sogleich, daB dieser Strom in dem Rotor R durch seine Wattkomponente
ein Drehmoment erzeugt, welches bestrebt ist, die Gruppe zu beschleunigen, aber
im Gegensatz dazu in dem Anker G der synchronen Maschine ein verzögerndes Drehmoment
von genau dem gleichen Wert hervorruft. Diese beiden gleichen Drehmomente von entgegengesetztem
Sinne heben sich auf, und die Gruppe ist also nicht bestrebt, sich im genauen Synchronismus
zu halten. Der Gegenstand vorliegender Erfindung besteht nun darin, mit den Schleifringen
U parallel zu dem Anlaßwiderstand Ri eine Dreiphasenspule D in Verbindung zu bringen
(Fig. 3), die einen passend ausgewählten Widerstand und ebensolche Re= aktanz besitzt,
daß der Strom I, - der in den Wicklungen des Rotors und des Ankers entsteht, wenn
der Rotor sich um einen Winkel u nach rückwärts verschoben hat, nicht mehr in Phase
mit der resultierenden Spannung ist, sondern sich um einen Winkel q" welcher von
der Zeitkonstante der Drosselspule abhängt, nach rückwärts verschiebt.
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Es ist offenbar, wie dies aus Fig. 4 der Zeichnung hervorgeht, daß
diese Winkelverschiebung die Komponente des Stromes vergrößert, welche das Beschleunigungsdrehmoment
im Rotor des asynchronen Motors erzeugt, und das Verzögerungsmoment im Anker des
synchronen Motors verringert.
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In der Praxis ist die Reaktanz der Drosselspule D möglichst groß zu
wählen, so daß die nötige synchronisierende Wirkung bei der geringsten Stromaufnahme
erzielt wird.
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Man kann übrigens auf eine selu einfache, wenngleich zwar nicht gerade
strenge Weise die synchronisierende Tätigkeit der Reaktanzspule zeigen. Nehmen wir
z. B. den einfachen Fall, wo die synchrone Maschine die: selbe Polzahl hat wie der
asynchrone Motor. Es sei E der Wert der gleichen Spannungen, die in dem Rotor und
in dem Anker erzeugt worden sind. Aus Fig. 4 der Zeichnung ist zu ersehen, daß die
Beschleunigungsleistung des.Rotors gleich
ist, während die Bremsleistung Ankers gleich
ist. Die resultierende Beschleunigungsleistung ist der Unterschieb zwischen diesen
beiden Leistungen, nämlich
Nun aber ist der Strom I bestimmt durch die Resultante e der Spannungen des Rotors
und des Ankers und durch die Impedanz Z der zwischen die Ringe eingeschalteten Spule
D : ,
Die Beschleunigungsleistung ist also gleich
Die Formel zeigt klar die Arbeitsweise des Systems. Gibt man u Werte, die von Null
bis 36o° wachsen, so sieht man (Fig. 5), daB man eine Beschleunigungskraft erhält
bei den Werten u zwischen Null und go°, von neuem eine Bremsung bei go bis eine
Beschleunigung bei i8o bis und schließlich ein Bremsen von 27o bis 360°. Die Stellungen;
bei denen der Rotor sich in genauem Synchronismus befindet, sind durch die Bedingung
u. - o° oder u - z8o° definiert.
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Man hat dann in Wirklichkeit vollkommene Gegenschaltung zwischen der
elektromotorischen Kraft des Rotors des asynchronen Motors und derjenigen des Ankers
der synchronen Maschine.
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Man sieht also, daß, wenn der Rotor eine. der Stellungen ersten oder
im vierten Quadranten einnimmt, die Beschleunigungsleistung in dem ersten Quadranten
und die Bremsleistung in dem vierten bestrebt sind, die Gruppe in die Stellung u
- o° zu führen, und ebenso, wenn die Gruppe sich in dem zweiten oder in dem dritten
Quadranten befindet, wird sie durch das Bremsen oder das Beschleunigen in die Stellung
a. - x8o° geführt, d. h. wie- auch die Verschiebung des Rotors sei, es ist durch
die Spule D eine Kraft vorhanden, die bestrebt ist, die Gruppe auf genauen Synchronismus
zu bringen und sie darin zu erhalten.-Bei der Anlaßmethode gemäß der oben beschriebenen
Erfindung ist es im allgemeinen unnötig, daß der Mehrphasenwiderstand Rt und die
Reaktanzspule D regelbar sind.