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Regelung von Drehstrommotoren, deren Schlupfenergie einem unabhängigen
Gleichstromnetz über einen Umformer zugeführt wird. Es ist bekannt, Drehstromsynchronmo:toren
in :der Weise zu regeln, daß man -den Wechselstrom, welcher beim Schlupfe des Ankers
in letzterem erzeugt wird', in einem Einankerumformer oder Gleichrichter in Gleichstrom
verwandelt oder @in einem Motorgenerator zur Erzeugung von Gleichstrom verwendet
und diesen Gleichstrom entweder in einer mit dem zu regelnden Drehstrommotor mechanisch
gekuppelten Gleichstrommaschine in mechanische Energie umsetzt oder ihn in einem
Motorgenerator zur Erzeugung von Wechselstromenergie von Netzspannung und Netzperiodenzahl
verwendet und diese Energie dem speisenden Wechselstromnetz zuführt.
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Es ist ferner bekannt, !daß man die Schlupfenergie im Ankerstromkreise
eines Drehstrommotors in einem Einankerumformer .in Gleichstrom verwandeln und.
diesen einem Gleichstromnetz zuführen kann. Dabei muß die Gleichstromnetzspannung
der Spannung des Einankerumformers entsprechen, welche Bedingung mir bei je einer
übersynchronen und, einer untersynchronen Gesch-,vindigkeit des Drehstrommotors
erfüllt wird.
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Gegenstand,d'er vorliegenden Erfindung ist es nun, bei Drehstrommotoren,
deren Schlupfenergie ganz oder teilweise einem neben dem Wechselstromnetz noch bestehenden,
in seiner Spannung von dem zu regulierenden Drehstrommotor unabhängigen Gleichstromnetze
über einen Drehstrom-Gleichstrom-Umformer zugeführt wird, eine Gleich:stromzusatzmaschine
zwischen Umformer und Gleichstromnetz zwischenzuschalten, deren Zu-und Gegenschaltung
sowohl im untersynchronen wie im übersynchronen Arbeitsbereich beliebig viel Geschwindigkeitsstufen
ergibt, und bei gleichem Regulierungsumfang kleinere Maschinen benötigt, als die
bekannten, in ein Drehstromnetz zurückarbeitenden Regelsätze.
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Die Erfindung kann z. B. nach Fig. i ausgeführt werden. Darin ,ist
i das Drehstromnetz, 2 der zu regelnde Drehstrommotor, welcher seinen Primärstrom
von i bezieht und seinen Sekundärstrom, je nach oder Stellung ,des Umschalters 3,
entweder dem Anlasser q. oder dem Drehstrom-Gleichstrom-Umformer 5 zuführt. Zwischen
Umformer 5 und Gleichstromnietz 7 ist nun gemäß vorliegender Erfindung eine Gleichstromzusatzmaschine
2o eingeschaltet, deren Spannung und Spannungsrichtung, z. B. durch Änderung und
Umkehrung :ihres Feldes 22 mit Hilfe des Reglers 21, geändert werden kann. 6 ist
ein Umschalter, :durch dessen Betätigung erreicht werden kann, daß der Umformer
r@ bei übersynchronen und untersynchronen Ärbeiten im selben: Sinne umläuft.
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Diese Zusatzmaschine 2o kann durch irgendeine umlaufende Maschine,
z. B. auch durch den Drehstrommotor 25 angetrieben wenden. Die Wirkungsweise der
Zusatzmaschine bei gleichbleibender Umärehungszahl
und Fremderregung
von der konstanten Netzspannung 7 aus ist in Fig. 2 .dargestellt. Auf der Achse
A-B sei-en die Um:drehungszahlen des Motors 2 aufgetragen. A entspreche der Umdrehungszahl
Null, C der Umdrehungszahl -des Drehfeldes 2 und B einer übersynchronen Umidtehungszahl.
Dann kann durch die Gerade D-C-E die Sekundärspannung des Motors 2 in Abhängigkeit
von seiner Umdrehungszahl dargestellt ---erden. Infolge der bestehenden Proportionalität
-wischen Sekundärspannung des Motors :2 und Gleichstromspannung des verketteten
Umformers 5 stellt dieselbe Linie D-E in einem bestimmt-en Verhältnis auch die Gleichstromspannung
des Umformers 5 dar. Die Spannung,des Netzes 7 sei durch die Gerade F-G, -welche
parallel zu A-B ist, dargestellt. Die Spannung der Zusatzmaschine 2o addiert
sich zu der Umformerspannung D-E oder subtrahiert sich davon. In Fig.2 kann -die
algebraische Summe der Spannungen oder Maschinen 5 und 2o demnach durch die Parallelen
H-I und K-L zu D-E dargestellt werden. Infolge der Verkettung muß nun die
Summe der Spannungen der Maschinen 5 und 2o gleich :der Gleichstromnetzspannung
sein. Das trifft für die Punkte M und N zu, je nachdem man die Zusatzmaschine 2o
zu- oder gegengeschaltet hat. Der Motor .2 hat also das Bestreben, im untersynchronen
Bereich nur mit den Geschwindigkeiten n, bzw. n. zu laufen. Entspricht
D H ` D K der maximalen Spannung der Zusatzmaschine, so kann man durch Schwächung
ihrer Erregung jede beliebige Umidrehungszahl zwischen n2 und iai einstellen. Die
Regelung im übersynchron°li Bereich kann in einfacher Weise erhalten werden, indem
man die Gerade F'-G' zieht, welche die Gleichstromnetzspannung von A-B aus nach
unten aufgetragen darstellt. Man erhält dann in derselben Weise wie oben den übersynchronen
Regulierbereich n3 n@. Die .in Fig. 2 erhaltenen Punkte M N O P entsprechen
den Leerlaufsgeschwindigkeiten des Motors 2 bei maximaler Erregung dar Zusatzmaschine
2o. Bei Belastung arbeitet der Motor 2 mit etwas geringeren Geschwi-adigkoiten,
z. B. bei Zuschaltung der vollen Erregerspannung und untersynchronen Lauf finit
der Geschwindigkeit n2'. Der bei dieser Geschwindigkeit auftretende Spannungsüberschuß
von Umformerspannung plus Zusatzmaschinenspannung über Gleichstromnetzspannung ist
gleich, D R und wird in den Ohmschen Widerständen vernichtet, welche sich: dem vom
Umformer 5 kommenden und ins Gleichstromnetz fließenden Strome entgegenstellen..
Der Strom selbst entspricht dem Ankerstrom in Motor :2 undi damit deni Dreh-Moment
#des letzteren. Da auch beim Leerlapf des Motors 2 ein gewisses Reibungs-. inornent
vorhanden ist, so wird die Geschwindigkeit ödes Motors :2 sich dem Werte ia, wohl
nähern, ihn jedoch nie erreichen, -wenigstens nicht .solange die Spannungen des
Drehstromnetzes und der des Gleichstromnetzes sich nicht ändern. In Wirklichkeit
ist jedoch firne Gewähr für ganz konstante Netzspannungen nicht immer vorhanden
und damit die Möglichk:,eit gegeben, daß der Kreuzungspunkt 11#T der Spannungen
sich mehr oder weniger plötzlich verschiebt, mit der Wirkung, daß sich der Strom
umkehrt und Energie vom Gleichstromnetz zum Motor 2 fließt, wodurch letzterer auf
ungewollte Geschwindigkeiten gebracht würde. Eine solche Umkehrung des Stromes kann
jedoch durch Anwendung eines Rückstromrelais vermieden werden, welches bei Umkehrung
des Stromes, in den Hauptstromkreis zwischen Gleichstromnetz und Umformer vorübergehend
.einen Widerstand von solcher Größe einschaltet, daß ein Rückstrom, welcher dmsta.nde
wäre, den Motor --
entgegen der Reibung zu beschleunigen, sich nicht ausbilden
kann. Eine Ausführungsform .des Rückstromrelais ist in Fig. 3 dargestellt. Daselbst
ist 9 ein Widerstand, welcher für gewöhnlich durch den Schalter io kurzgeschlossen
ist, jedoch durch Öffnen des 1; tzteren nii dien Gleichstromkreis des Umformers
eingeschaltet werden kann. i i -ist ein Rückstromrelais, hier als kleiner, unter
Strom stehender, j edbch nicht umlaufender Motor angedeutet, @dessen Feld. 13 vorn
hetz 7 erregt ist, -%-ährend der Anker vom Strom zwischen Umformer und Gleichstromnetz
durchfloss:n wird. Normalerweise würde der Motor i i sich im Sinne des Uhrzeigers
drehen, wenn er nicht durch den Anschlag 14 daran gehindert würde. Kehrt sich jedoch
der Ankerstrom um, so wird das Drehmoment linksdrehend, und der Arm 15 schließt
die Kontakte 16 und 17, wodurch die Spule des Schalters io erregt, der Schalter
io angehoben und der Widerstand 9 in den Umformerstromkreis eingeschaltet wird.
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Um zu verhindern, daß sich beim übersynchronen Arbeiten der normale
Relaisankerstrom umkehre, ist es zweckmäßig, bei 12 einen Umschalter anzuolidnen.
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Die reine Fremderregung -der Zusatzmaschine ergibt eine ziemlich starre
Festlegung -der Umdrehungszahl .des Motors 2. Eine solche ist jedoch dänn nicht
erwünscht, wenn Ader Motor :2 mit Schwungmassen zusammenarbeiten muß. Abhilfe kann
geschaffen verdien durch Beeinflussung des Feldes ider Zusatzmaschine in Abhängigkeit
vom Strom oder der Spannung des Umformers 5 bzw. Motors 2 in der Weise, @daß die
Summe oder Spannungen von Umformer 5
und' Zusatzmaschine 2o (Fig.
i) bei abnelimender Umdrehungszahl sich nur langsam von ider Gleichstromnetzspannung
entfernt. Bei untersynchronem Arbeiten, wo Energie vom Umformer zum Gleichstromnetz
fließt, muß die Summe .der Spannungen 5 und 2o sich etwas über der Gleichstromnetzspannung
halten. Bei übersynchronem Arbeiten dagegen fließt Energie und Gleichstromnetz zum
Umformer 5 bzw. Motor 2, und ist es in: idiesem Fall erforderlich, @daß sich die
Summe der Spannungen 5 und 2o etwas unterhalb der Netzspannung 7 halte. Nach diesen
Hinweisen läßt sich eine entsprechende Feldbeeinflussung der Zusatzmaschine 2o leicht
durchführen, z. B. durch eine Verbindung -der Fremderregung 22 mit einem Hauptschlußfeld23
(Fig. i). Die Wirkung eines Hauptströmfeildes in Verbindung mit einer Fremderregung
.ist in Fig.2 für den Kreuzungspunkt M durch die punktierte Linie 11/T
S angedeutet, welche idie Summe der Spannungen von Uinformer und, Zusatzmaschine
darstellt, wenn letztere gegencompoundiert ist.
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Dort, wo man nur untersynchron arbeiten will, kann man den Drehstrom-Gleichstrom-Umformer
oder Einankerumformer durch einen nicht rotierenden Gleichrichter ersetzen, ohne
Bim übrigen etwas an der Anordnung in Fig. i zu ändern.
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In Fig.4 ist eine Ausführungsform -der Erfindung dargestellt, bei
welcher die Zu.satzmaschine mit Odem zu regelnden Motor mechanisch gekuppelt ist.
Hier ist 4'ie Spannung ,der Zusatzmaschine proportional Ader Stärke ihres Feldes
und,der Umdrehungszahl des zu regelnden Motors. Der Reguflierbereich ergibt sich
aus Fig. 5. Darin ist wieder A-B die Achse, auf welcher die Umdfrehungszahlen des
Motors :2 (Fig. 4) aufgetragen werden mit A als Nullpunkt, C als Punkt der synchronen
Umdrehungszahl des Motors 2. Die Geralde D-C-E stellt dann, wie in Fig. i, die Gleichstromspannung
dies Umformers 5 dar, während idie Gleichstromnetzspannung, wie früher, durch die
Geraden F-G und F'-G' dargestellt sei. Die maximale Spannung der Zusatzmaschine
2o (Fig. 4) bei synchroner Umdrehungszahl ides Motors 2 sei C H bzw. CK,
je nachdem,d"ie Spannung zu oder gegengeschaltet ist. Bei d;er Geschwindigkeit Null
des Motors 2 ist @dann die Zusatzspannung ebenfalls Null. Die Summe der Spannungen
dies Umformers 5 und ider Zusatzmaschine :2o kann (demnach durch die Geraden D-H-P
bzw. D-K-C dargestellt werden. Dieselben schneiden @diie Geraden.F-G und F'-G' jin
N, M, O
und P, welche den Regulierungsbereichen n,, n2 und, n", n,
entsprechen.
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In Fig. 6 ist eine Ausführungsform -der Erfindüng @dargestellt, bei
welcher die Zusatz-' maschine mit ihrem Antriebsmotor zu einem Einankerumformer
2o vereinigt ist. Die kegulierung der Spannung der Zusatzmaschine kann durch irgendeine
der bekannten Spannungsregulierungen für Einankerumformer erfolgen, z. B. durch
einen Stufentransformator i8, wohingegen Zu- und Gegenschaltung durch einen Umschalter
i9 ausgeführt werden könnte.
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Aus den bisherigen Darstellungen ist ersichtlich., daß idie nach der
vorliegenden Erfindung erhaltenen Regulierbereiche nicht in unmittelbarer Nachbarschaft
der :synchronen Umdrehungszahl zu liegen brauchen. Dadurch aber, .daß man die Zusatzmaschine
2o vom Gleichstromnetz 7 abschaltet und in bekannter Weise nur über- den Umformer
5 schließt, könnte man, ohne daß weitere Veränderungen an dien Maschinen notwendig
werden, einen zusätzlichen Regulierbereich in der Nähe ödes Synchronismus erhalten.