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Verfahren zum Betrieb einer aus Induktionsmaschine und Kommutatormaschine
bestehenden Kaskade beim Durchgang durch die synchrone Geschwindigkeit der Induktionsmaschine.
Eine aus einer Induktionsmaschine und aus einer an deren Läufer angeschlossene Kommutatormaschine
bestehende Kaskade kann untersynchron und übersynchron betrieben werden; es ist
jedoch ohne besondere Hilfsmittel nicht möglich, den Übergang vom untersynchronen
zum übersynchronen Betrieb unter Belastung zu erzielen. Wie immer auch die Erregung
der Kommutatormaschine bewirkt wird, sei es, daß die Erregerwicklung unmittelbar
oder über Transformatoren an die Schleifringe der Induktionsmaschine angeschlossen
ist, oder daß sie von einer Erregerkollektormaschine gespeist wird,. deren Erregerwicklung
am Läufer der Induktionsmaschine liegt, unter. allen Umständen ist zum Durchgang
durch den Synchronismus die Verwendung eines Periodenumformers erforderlich, dessen
Schleifringe an das Netz angeschlossen sind, während seinem Kommutator der Erregerstrom
für die Kollektormaschine der Kaskade beim Durchgang durch den Synchronismus entnommen
werden muß. Gleichgültig ist hierbei, ob der Periodenumformer allein oder in Kombination
mit einer der vorher angegebenen Erregungsanordnungen verwendet wird. Der Durchgang
durch den Synchronismus erfordert aber noch. eine weitere Maßnahme, die in .einer
Schaltungsänderung besteht, durch welche ein nach Durchgang durch den Synchronismus.
sonst auftretender Richtungswechsel der in der Kollektormaschine induzierten Spannung
gegenüber der Läuferspannung der Induktionsmaschine vermieden wird. Sowohl die Verwendung
des Periodenumformers wie auch die Vornahme einer Schaltungsänderung ist an sich
bekannt, aber das bisher angewendete Verfahren zum Betrieb der genannten Kaskade
beim Durchgang durch den Synchronismus hat erhebliche Nachteile, die an Hand eines
Beispieles näher erläutert werden sollen.< Hierfür soll in folgendem der Fall
betrachtet werden, bei welchem sowohl im unterwie auch im übersynchronen Betrieb
die Erregung der Kollektormaschine vom Läufer der Induktionsmaschine unter Zwischenschaltung
eines Erregertransformators gespeist wird und der Frequenzumformer nur für den Durchgang
durch den Synchronismus zugeschaltet und danach wieder abgeschaltet wird. Dieser
Fall ist in Fig. i schematisch dargestellt.
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In Fig. i bedeutet: a ein Dreiphasennetz, b die Induktionsmaschine
der Kaskade, deren Stator an a liegt, c die Läuferschleifringe von b, d die Kommutatormaschine
der Kaskade; e die Kollektorbürsten von d, f die Kompensationswicklung von d, welche
zwischen c und e geschaltet ist, g die Erregerwicklung von d, h den Erregertransformator,
i die Gleitkontakte zur Entnahme des Erregerstromes für g, k einen Umschalter, mit
Hilfe dessen Anfang und Ende der Phasenwicklungen von g vertauscht werden können,
Z
einen Kurzschließer, meinen Ausschalter, n den Frequenzumformer, o den Kollektor
von n, die Schleifringe von n, q die Schieifringbürsten, y einen Zwischentransformator,
über den der Frequenzumformer an das Netz angeschlossen ist, s Gleitkontakte zur
Regelung der =Sekundärspannung von y.
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Wie aus der Fig. = hervorgeht, erfolgt die Erregung der Köllektormaschine
d bei Schließung des Kurzschließers l lediglich vom Läufer der Induktionsmaschine
über den Erregertransformator h aus. Diese Art der Erregung eignet sich sowohl für
unter- wie auch für übersynchronen Betrieb unter der Voraussetzung, daß die Erregung
der Kollektormaschine dabei in dem Sinne erfolgt, daß die in der Kollektormaschine
durch Rotation seines Läufers induzierte Spannung der Läuferspannung der Induktionsmaschine
entgegengerichtet ist. Da sich nun aber bei übersynchronem Betrieb in der Induktionsmaschine
der Drehsinn des Feldes gegenüber der Läuferwicklung im Vergleich zum untersynchronen
Betrieb umkehrt; so würde ohne besondere Maßnahme die in der Kollektormaschine induzierte
Spannung beim Übergang von dem einen zum andern Betrieb der Läuferspannung der Induktionsmaschine
nicht mehr entgegengerichtet sein. Um dies zu vermeiden, kann man in bekannter Weise
den Erregertransformator h in der durch Fig. i dargestellten Weise ausbilden, indem
man seine Phasenwicklungen über den Nullpunkt hinaus verlängert und vermittels der
Kontaktbahn 3, 2, i, 0-i, -2, -3 und den mit i bezeichneten Schleifkontakten beim
Übergang auf den jeweils andern Betrieb der Kaskade die Spannungsrichtung der dem
Transformator entnommenen Erregerspannung umkehrt. Hierdurch wird erreicht, daß
eine Umkehr der Feldrichtung in der Kollektormaschine nicht stattfindet und daß
daher die beiden verglichenen Spannungen entgegengerichtet bleiben. Der Durchgang
durch den Synchronismus erfolgt in der Weise, daß - zunächst vermittels des Erregertransformators
die Tourenzahl bis in die Nähe der synchronen Tourenzahl herauf-(bzw. herab-) reguliert
wird, daß dann der Kurzschließer l geöffnet und gleichzeitig Schalter m geschlossen
wird und mit Hilfe des nunmehr den Erregerstrom liefernden Periodenumformers n der
Durchgang durch den Synchronismus bewerkstelligt wird. Gleichzeitig mit dem Schließen
des Schalters m muß dabei aber der- Gleitkontakt i von dem positiven auf den- negativen
Teil der Kontaktbahn des Erregertransformators h geschoben werden. Dieses Verfahren
hat aber den Nachteil, einen relativ großen und teuren Erregertransformator zü erfordern,
welcher viele Anzapfungen und Herausführungen besitzt und mit zweifacher Wicklung
versehen ist, von welcher immer nur ein Teil aktiv ist.
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Diese komplizierte Ausführung des Transformators könnte man dadurch
vermeiden, daß man die Erregerwicklung. in der durch Fig.. i dargestellten Weise
umschaltbar macht. Vermittels des dort angegebenen Umschalters k kann man Anfang
und Ende jeder Phasenwicklung der Erregerwicklung miteinander vertauschen und dadurch
verhindern, daß sich die Feldrichtung beim Übergang zum jeweils andern Betrieb der
Kaskade umkehrt. Aber man erkennt, daß diese Maßnahme den Nachteil der Verwendung
eines teuren und komplizierten Umschalters hat, welcher mit seinen vielen Kontakten
leicht eine welle von Unzuträglichkeiten werden kann. Der Durchgang durch den Synchronismus
würde in der Bleichen Weise wie vorher zu erfolgen haben, nur mit dem Unterschied,
daß gleichzeitig mit Schließen des Schalters m der Umschalter k umgelegt, dagegen
aber an der Schaltung des Erregertransformators nichts geändert wird.
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Eine dritte Möglichkeit, das Gegeneinandergerichtetsein der Spannung
am Läufer der Induktionsmaschine und der in dem Läufer der Kollektormaschine induzierten
E. M. K. zu erhalten, ist dadurch gegeben, daß beim Übergang vom untersynchronen
zum übersynchronen Betrieb der Kaskade durch Phasenvertauschung die Phasenfolge
im Läuferkreis und im Erregerkreis der Kommutatormaschine unverändert gehalten wird.
Diese Maßnahme ist an sich bekannt, aber man war bisher der Ansicht, daß sie erst
getroff en werden dürfte, wenn der Übergang zum jeweils andern Betrieb bereits vollzogen
war. 'Auch glaubte man, eine direkte Unterbrechung des Arbeitsstromkreises, wie
sie die Phasenvertauschung bedingt, nicht unter Last vornehmen zu können, und hat
daher vorgeschlagen, den Hauptmotor (Induktionsmaschine) erst künstlich auf Übersynchronismus
zu bringen etwa durch besonderen Antrieb oder dadurch, daß man die Kommutatormaschine
zeitweise an das Netz schaltet, bis sie das ganze Aggregat auf Übersynchronismus
gebracht hat.
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Es ist nun Gegenstand vorliegender Erfindung ein Verfahren zum Betrieb
einer aus Induktionsmaschine und Kommutatormaschine bestehenden Kaskade beim Durchgang
durch die synchrone Geschwindigkeit, nach welchem zunächst die Kaskade mit Hilfe
der Kollektormaschine in an sich bekannter Weise bis in die Nähe der synchronen
Geschwindigkeit geregelt wird, worauf dann die Schleifringe des Läufers der Induktionsmaschine
kurzgeschlossen
werden und hierauf eine Phasenvertauschung der
Zuleitungen zu der Kollektormaschine und deren Erregerwicklung vorgenommen wird,
worauf ferner der Kurzschluß der Schleifringe wieder geöffnet und ein mit seinen
Schleifringen am Netz angeschlossener Frequenzumformer in an sich bekannter Weise
in den Erregerkreis der Kollektormaschine eingeschaltet wird, mit Hilfe dessen der
Durchgang durch den Synchronismus bewerkstelligt wird, worauf der Frequenzumformer
wieder abgeschaltet werden kann. Dieses Verfahren gestattet den Durchgang durch
den Synchronismus unter voller Last mit Hilfe eines einfachen zweipoligen Umschalters
und es sei an Hand der Fig. 2 näher erläutert.
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In Fig. 2 ist die Bedeutung der Buchstaben die gleiche wie in Fig.
i, nur ist mit k ein kurzschließbarer Widerstand bezeichnet, der an den Schleifringen
des Läufers der Induktionsmaschine b liegt, und u stellt einen zweipoligen
Umschalter dar, welcher die Vertauschung der Phasen der zur Kommutatormaschine führenden
Zuleitungen gestattet. Das Verfahren ist nun folgendes: Im unter-und übersynchronen
Betrieb ist zunächst Schalter m offen und der Kurzschließer l geschlossen.
Um auf den jeweils andern Betrieb überzugehen, wird die Kaskade mit Hilfe des Erregertransformators
bis in die Nähe des Synchronismus geregelt und-- dann der Widerstand k eingeschaltet
und kurzgeschlossen, darauf wird der Phasenvertauscher u umgelegt, der Kurzschließer
1. geöffnet und gleichzeitig der Schalter m geschlossen, wobei der Gleitkontakt
s des Transformators y auf Entnahme einer geringen Sekundärspannung eingestellt
ist. Nunmehr wird der Widerstand k geöffnet und mit Hilfe des Frequenzumformers
n die Kaskade durch die synchrone Geschwindigkeit hindurchgeregelt. Hat sich die
Tourenzahl genügend weit vom Synchronismus entfernt, dann kann Schalter m wieder
geöffnet und gleichzeitig Kurzschließer 1 wieder kurzgeschlossen werden, so daß
die Erregerströme im weiteren Verlauf der Regelung nur dem Läufer der Induktionsmaschine
über den Erregertransformator h entnommen werden. Ein erheblicher Vorteil dieses
Verfahrens liegt auch in der Verwendung des kurzschließbaren Widerstandes k, an
dessen Stelle auch ein einfacher Kurzschließer treten kann, da dieser die Stabilität
des Betriebes während der Schaltungsänderungen aufrechterhält, so daß diese störungsfrei
unter Last ausgeführt werden können.
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Soll der Frequenzumformer n bei diesem Verfahren in Kombination mit
dem an die Schleifringe der Induktionsmaschine angeschlossenen Erregertransformator
h auch bei unter- oder übersynchronem Betrieb zur Speisung der Erregerwicklung g
der Kollekt6rmaschine verwendet werden, dann käme der Kurzschließer l in Fig. 2
in Fortfall, und Schalter m wäre dauernd geschlossen. In diesem Falle müßte aber
vor dem Durchgang durch die synchrone Geschwindigkeit eine Phasenvertauschung sowohl
in den Zuleitungen zu der Kommutatormaschine als auch in den Verbindungsleitungen
zwischen Periodenumformer n und Erregerwicklung g vorgenbmmen werden. Bei dem erstgenannten
Verfahren ist die Umschaltung der Leitung zum Periodenumformer nicht nötig, da für
diesen Fäll nur die eine zum übersynchronen Betrieb erforderliche Schaltung des
Periodenumformers gebraucht wird.