DE345383C - Verfahren zum Betrieb von Asynchronmotoren, die zur Verhinderung unzulaessiger Touren-steigerungen bei negativer Belastung mittels Gleichstroms im Rotor erregt werden - Google Patents

Verfahren zum Betrieb von Asynchronmotoren, die zur Verhinderung unzulaessiger Touren-steigerungen bei negativer Belastung mittels Gleichstroms im Rotor erregt werden

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DE345383C
DE345383C DE1918345383D DE345383DD DE345383C DE 345383 C DE345383 C DE 345383C DE 1918345383 D DE1918345383 D DE 1918345383D DE 345383D D DE345383D D DE 345383DD DE 345383 C DE345383 C DE 345383C
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/30Structural association of asynchronous induction motors with auxiliary electric devices influencing the characteristics of the motor or controlling the motor, e.g. with impedances or switches

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)

Description

  • Verfahren zum Betrieb von Asynchronmotoren, die zur Verhinderung unzulässiger Tourensteigerungen bei negativer Belastung mittels Gleichstroms im Rotor erregt werden. Die Sicherheitsschaltung soll eine unzulässige Tourensteigerung von Asynchronmotoren, die mit negativer Belastung arbeiten, verhindern. Insbesondere soll das Überschreiten der synchronen Tourenzahl unmöglich gemacht werden. Derartige Belastungsverhältnisse kommen in erster Linie bei Fördermaschinen oder sonstigen Hebezeugen vor, wenn Last eingehängt wird. - Die Schaltung ist aber auch bei allen anderen Betrieben verwendbar, in denen durch die Last der Motor angetrieben werden kann, z. B. im Bahnbetrieb auf Strecken mit Gefälle oder beim Antrieb einer Arbeitsmaschine irgendwelcher Art, die unter Umständen selbst mechanische Arbeiten an der Welle leistet.
  • FürAsynchronmotoren, insbesondere wenn sie mit negativer Belastung arbeiten, sind bisher folgende Verfahren bekanntgeworden.
  • _. Die Stator-Gegenstromschaltung, bei der das Statorfeld entgegengesetzt rotiert wie der Rotor, z. Das Kurzschließen des induzierten Teiles des Rotors, gemäß Patent 303675.
  • 3. Erregung des Rotors durch Gleichstrom und Schaltung des Stators auf Bremswiderstände entsprechend dem Patent z99477# Diese bekannten Schaltungen gestatten zwar den Motor bei allen Lastverhältnissen zu beherrschen, sie haben aber ganz erhebliche Nachteile.
  • In dein ersten Fall muß auch beim Bremsen die gleiche Energie vernichtet werden, wie beim Heben. Diese Energie belastet das. Netz, ünd zwar mitreinem ungünstigen Leistungsfaktor,und außerdem ist die Geschwindigkeit des Motors in hohem Maße von der Größe des Lastmoments abhängig.
  • Im zweiten Fall wird zwar keine Energie verschwendet, da der Motor bei Stromrückgabe als Asynchrongenerator arbeitet. Aber wie bekannt, ist bei dieser Arbeitsweise der Leistungsfaktor ebenfalls sehr ungünstig, da nach wie vor der Magnetisierungsstrom aus dem Netz entnommen wird. Arbeiten aber in einer Anlage mehrere große Motoren, wie Fördermaschinen in dieser Weise, so ist sehr bald die Leistungsfähigkeit des Netzes erreicht, da sehr hohe wattlose Ströme aufgenommen werden.
  • Im dritten Fall sind besondere Vorkehrungen< zu treffen, um beim Umschalten vom Netzbetrieb zum Bremsbetrieb eine Unterbrechung des Drehmomentes zu verhindern. Zu diesem Zweck ist eine sehr komplizierte Schaltung mit doppelten Wicklungen auf Stator-- und Rotor erforderlich, die aber als eine allgemein anwendbare Lösung nicht betrachtet werden kann.
  • Das neue Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vermeidet alle diese Nachteile.
  • Zur Verhinderung der Tourenüberschreitungen wird erfindungsgemäß der induzierte Teil des Motors, im folgenden kurz Rotor genannt, vor oder bei Erreichung der synchronen Tourenzahl, mit Gleichstrom erregt, so daß er infolge dieser Erregung gebremst wird oder als Synchrongenerator mit der synchronen Tourenzahl weiterläuft. Solange die Last des Motors negativ bleibt, wird also Energie vernichtet oder in das Netz zurückgeliefert. In den Abb. i und 2 sind Beispiele der Erfindung dargestellt unter der Voraussetzung, daß es sich um eine Fördermaschine handelt, i ist beispielsweise die Trommel, an der die Last 2 hängt, die in Richtung des Pfeiles gesenkt wird. 3 ist der mit dem Netz q. verbundene Asynchronmotor, 5 sind seine Schleifringe, die mit dem Steuerwiderstand 6 verbunden sind. Zwei weitere Schleifringe, an welche eine besondere Gleichstromerregerwicklung des Rotors angeschlossen ist, sind mit 7 bezeichnet. ß ist eine Gleichstromerregermaschine, deren Pluspol unmittelbar an einen der Gleichstromschleifringe 7 geführt ist, während der Minuspol über den Schalter g, den Fahrtrichtungszeiger io, einen weiteren Ausschalter ii und einen Regulierwiderstand 12 mit dem zweiten Schleifring 7 verbunden ist. Der Schalter ii wird durch ein Nullspannungsrelais 13 eingeschaltet, wenn die Rotorspannung an den Wechselstromschleifringen 5 Null wird. Dies tritt ein, wenn der Synchronismus erreicht ist. Es wird also in diesem Augenblick der Gleichstromkreis eingeschaltet und der Rotor des Asynchronmotors finit Gleichstrom erregt, so daß er als Synchronmotor ohne weitere Tourensteigung weiterläuft. Die Hilfsschalter 9 und der ihm parallel geschaltete Schalter g' sowie der Fahrtrichtungszeiger io kommennur für umsteuerbare Betriebe in Frage. Der Schalter g und g' ist nämlich mit dem Steuerhebel des Asynchronmotors derart verbunden, daß bei der Auslage des Steuerhebels in der einen Fahrtrichtung der Schalter g geschlossen, der Schalter g' geöffnet wird, bei der Auslage in die andere Fahrtrichtung dagegen der Schalter g' geschlossen und der Schalter g geöffnet wird. Entspricht der Schalter g der durch die Pfeile angegebenen Drehrichtung der Maschine, so wird er durch den Fahrtrichtungsanzeiger io in den Erregerstromkreis eingeschaltet, bei der anderen Drehrichtung der Schalter g'. Wird also bei der durch die Pfeile angegebenen Drehrichtung, nachdem die Maschine mit Gleichstrom erregt ist, der Steuerschalter in die Steuerlage für entgegengesetzten Drehsinn zurückgezogen, so wird beim Durchgang durch die Nullstellung der Schalter g geöffnet, und damit die Gleichstromerregung ausgeschaltet, so daß der Motor von diesem Augenblick an wieder als Asynchronmotor läuft. Das Wiedereinschalten der Gleichstromerregung mit f Hilfe des Schalters g' ist dann vor Umkehr der E Drehrichtung des Motors überhaupt nicht möglich, da der Drehrichtungszeiger erst in die andere punktiert angegebene Lage umgelegt werden muß. Ist dies nach Umkehr der Bewegungsrichtung des Motors geschehen, so wird, wenn der Motor in dieser entgegengesetzten Richtung die synchrone Tourenzahl erreicht, mit Hilfe des Relais 13 der Gleichstromkreis wieder geschlossen. Besondere Gleichstrom- j Schleifringe 7 sind nicht unbedingt erforderlich, die Gleichstromerregung kann viehmehr auch über die Wechselstromschleifringe 5 zugeführt werden, entweder unter Benutzung von nur zweien oder von allen drei Ringen. Es wird hier-' bei zweckmäßig der Widerstand 6 geöffnet, um unnütze Energieverluste zu vermeiden. Dies I geschieht am besten ebenfalls selbsttätig in Abhängigkeit von der Einrichtung, die den Gleich-Strom einschaltet, also z. B. abhängig von dem Relais 13, Der Rotor wird bei dieser Anordnung ohne besondere Gleichstromerreger-, Wicklung in normaler Weise ausgeführt.
  • Die Einschaltung des Gleichstromleises kann j in mannigfaltiger anderer Weise erfolgen, beispielsweise mit Hilfe eines Zentrifugalreglers o. dgl., der den Schalter ii schließt, wenn die synchrone Tourenzahl erreicht ist. Diese Anordnung setzt aber voraus, daß die Netzfrequenz unverändert ist, da sonst das Einschalten der Gleichstromerregung bei zu hoher oder zu tiefer Tourenzahl stattfindet.
  • Eine weitere Schalteinrichtung, bei der dieser Übelstand ebenso wie bei der nach Abb. i vermieden ist, ist in Abb. 2 angedeutet. Hier sind zwei Frequenzmesser 1q. und 15 verwendet, die beispielsweise als Zungenfrequenzmesser ausgebildet sind. Die Zungen sind mit ai, a2, a3 usw. für den einen Frequenzmesser, mit bl, b2, b3 usw. für den anderen Frequenzmesser bezeichnet. Frequenzmesser 1q. liegt am Netz q., Frequenzmesser i5 zeigt die Tourenzahl des Asynchronmotors an, beispielsweise indem er aus einer Wechselstromhilfsdynamo gespeist wird, die mit der Welle des Asynchronmotors verbunden ist. Unterhalb der Zungen sind Schalter 16, 17 usw, für den einen Frequenzmesser, 26, 27 usw, für den anderen Frequenzmesser angeordnet, von denen je zwei einander i gegenüberliegende hintereinander in den Gleichstromerregerkreis des Asynchronmotors eingeschaltet sein. Schlägt beispielsweise die Zunge a1 aus, so wird der Schalter 2¢ angeschlossen, schlägt gleichzeitig auch die Zunge b1 aus, so wird gleichzeitig auch der Schalter 26 geschlossen und die Gleichstromerregung ist eingeschaltet. Es ist nun lediglich die Anordnung so zu treffen, daß die einander gegenüberliegenden Zungen der beiden Schalter diejenigen Frequenzen anzeigen, die beim synchronen Lauf einander entsprechen. Da bei jedem Frequenzanzeiger eine Reihe von Zungen mit den hintereinandergeschalteten Hilfsschaltern ausgerüstet sind, so kann die Netzfrequenz innerhalb eines bestimmten Bereiches schwanken, ohne daß das richtige Einschalten der Gleichstromerregung beim Erreichen des Synchronismus gehindert wird.
  • Es empfiehlt sich, die Gleichstromerregung allmählich einzuschalten, um ein sicheres und möglichst stoßfreies Hineingleiten des Motors in den Synchronismus zu erzielen. Zu diesem Zweck ist der Regulierwiderstand 12 vorgesehen, der im Augenblick des Einschaltens voll eingeschaltet ist und nach erfolgtem Einschalten allmählich ausgeschaltet wird. Dies Ausschalten geschieht zweckmäßigselbsttätig, beispielsweise, indem durch das Nullspannungsrelais i3 eine Hemmung ausgelöst wird, so daß nunmehr der Schleifkontakt des Widerstandes 12 durch Gewichts- oder Federwirkung im richtigen Sinne verschoben werden kann. Der Regulierwiderstand läßt sich vermeiden, wenn man als Gleichstromerregerquelle eine solche wählt, -die beim Einschalten geringe Spannung liefert und erst nach dem Einschalten allmählich ihre Spannung steigert. Zweckmäßig wird hierfür eine Seriengleichstrommaschine gewählt. Im Augenblick des Einschaltens ist die Spannung Null und erst nachdem der Gleichstromkreis geschlossen ist, tritt die Selbsterregung der Maschine ein. Diese Serienerregermaschine kann besonders angetrieben werden, sie kann aber auch, wie in Abb. i gezeigt ist, mit dem Asynchronmotor selbst verbunden werden.
  • Sollen Batterien oder Gleichstrommaschinen vermieden werden, so kann als Gleichstromquelle auch ein Vakuumgleichrichter, z. B. eine Quecksilber- oder ein Glühkathodengleichrichter,, gewählt werden.
  • Beim Erfindungsgegenstand findet keinerlei Energieverschwendung statt, da beim Durchziehen der Last die gesamte-freiwerdende Energie nutzbar ins Netz zurückgegeben wird. Ferner wird mit hohem Leistungsfaktor, evtl. sogar mit voreilendem Strom gearbeitet, da die gesamte Erregung des Motors vom Rotor durch Gleichstrom erfolgt und also nicht dem Netz zur Last fällt. Die Folge ist, daß auch mehrere größere Motoren gleichzeitig auf ein und dasselbe Netz in der neuen Schaltung arbeiten können, ohne durch wattlose Ströme eineÜberlastung des Netzes herbeizuführen. Ferner sind keinerlei schwierige Schaltungen erforderlich, die eine Unterbrechung des Motordrehmoments bedingen und damit, wenn auch nur für kurze Augenblicke, den Motor der Gewalt des Maschinisten zu entziehen.
  • Das neue Verfahren gestattet ganz allgemein, den Leistungsfaktor von- Zentralen dadurch zu verbessern, daß man die aus der Zentrale gespeisten Drehstrommotoren, z. B. große Fördermotoren oder Bahnmotoren ganz allgemein so betreibt, daß sie nur beim Anlassen und wenn die Tourenzahl geregelt wird, als Asynchronmotoren arbeiten, daß sie aber beim Fahren mit konstanter Tourenzahlals synchroneMotoren laufen und hierbei infolge der passend eingestellten Gleichstromerregung die günstigste Einwirkung auf das Netz, insbesondere auf seinen gesamten Leistungsfaktor ausüben. Gleichzeitig bietet die neue Schaltung eine ganz bedeutende Sicherheit gegen - unzulässige Tourenüberschreitung des Motors.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb von Asynchronmotoren, die zur Verhinderung unzulässiger Tourensteigerungen bei negativer Belastung mittels Gleichstroms im Rotor erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Synchronismus ohne Abschaltung des am Netz liegenden induzierenden Teiles (Stators) der induzierte Teil (Rotor) selbsttätig mit Gleichstrom erregt wird und der Motor als Synchronmaschine mit dem Netz zusammen weiterarbeitet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Gleichstromserieximaschine als Erregerquelle für die Gleichstromerregung.
  3. 3. Sicherheitseinrichtung zur Ausübung des im Anspruch i beschriebenen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalten des Gleichstroms bei Übereinstimmung zweier Frequenzmesser erfolgt, von denen der eine die Netzfreqenz, der andere die Tourenzahl des Rotors anzeigt. q..
  4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung des Gleichstroms durch ein Nullspannungsrelais erfolgt, daß an den Wechselstromschleifringleitungen des Rotors liegt.
  5. 5. Sicherheitsschaltung nach Anspruch i bis q. für umsteuerbare Betriebe, gekennzeichnet durch einen Ausschalter im Gleichstromerregerkreis, der vom Steuerhebel des Asynchronmotors bei Auslage in die entgegengesetzte Drehrichtung geöffnet wird.
  6. 6. Sicherheitsschaltung nach Anspruch i bis 5, gekennzeichnet durch einen Drehrichtungsanzeiger für den Asynchronmotor, der wahlweise in Abhängigkeit von der Drehrichtung den einen oder anderen Ausschalter für den Gleichstrom in den Gleichstromerregerstromkreis einschaltet.
DE1918345383D 1918-09-01 1918-09-01 Verfahren zum Betrieb von Asynchronmotoren, die zur Verhinderung unzulaessiger Touren-steigerungen bei negativer Belastung mittels Gleichstroms im Rotor erregt werden Expired DE345383C (de)

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