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Verfahren- zur Kompoundierung einer Kaskade, bestehend aus Induktionsmotor
und Kommutatormaschine. Die Kaskadehschaltung eines Induktionsmotors mit einer Kommutatormaschine
gestattet die Leerläuftourenzahl in weiten Grenzen beliebig einzustellen. In vielen
Fällen ist es aber erwünscht, daB die Tourenzahl mit wachsender Belastung des Aggregates
abfällt, besonders dann, wenn das Aggregat mit Schwungmassen gekuppelt ist, welche
als Energiespeicher zum Belastungsausgleich dienen. Um nun der Kaskade Kompoundcharakter
zu geben, sind zwei
Mittel bekannt, welche aber für die zu erzielende
Wirkung nicht ausreichend sind. So kann man vermittelst eines sogenannten Kompoundierungstransformators
in den Stromkreis der von gegebener Spannung gespeisten Erregerwicklung der Kommutatormaschine
eine vom Belastungsstrom dieser Maschine abhängige Spannung einfügen. Dieses Mittel
ist bei Tourenzahlen der Kaskade wirksam, welche von der synchronen Tourenzahl des
Induktionsmotors wesentlich abweichen, unwirksam dagegen für die synchrone Tourenzahl
selbst und für die dem Synchronismus nahekommenden Tourenzahlen. Die Unwirksamkeit
der Einrichtung hat ihren Grund darin, daß bei abnehmender Frequenz die Koppelung
des Hauptstromkreises mit dem Erregerstromkreis durch den Kompoundierungstransformator
schwächer wird und im Synchronismus ganz verschwindet, da bei kleinen Frequenzen
die OhmschenWiderstände eine wesentliche Rolle spielen. Für eine Kaskade oben beschriebener
Art, deren Leerlaufstourenzahl nahe der synchronen Tourenzahl eingestellt wird,
versagt diese Art der Kompoundierung vollkommen.
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Eine andere, besonders aus der Gleichstromtechnik bekannte Art der
Kompoundierung ist dagegen, gleichachsig mit der von gegebener Spannung gespeisten
Erregerwicklung eine Kompoundwicklung auf die Maschine selbst aufzubringen, welche
vom Hauptstrom durchflossen wird und unmittelbar das Feld der Maschine beeinflußt.
Eine solche Kompoundwicklung ist aber bei Tourenzahlen unwirksam, welche von der
synchronen Tourenzahl abweichen, weil sich dann ein Feld in der Maschine einstellt,
welches nur abhängig von der Erregerspannung und deren Frequenz und der Windungszahl
der Erregerwicklung ist. Die Kompoundwicklung kann demnach die Feldstärke der Maschine
nicht ändern und ihre Amperewindungen werden durch entgegenwirkende Amperewindungen
in der eigentlichen ErregerwiclOung kompensiert. Das Vorhandensein einer Kompoundwicklung
bedingt hiernach nur eine gewisse Stromverteilung für die resultierenden Erregeramperewindungen,
ohne daß dadurch die Feldstärke wesentlich geändert würde. Wirksam dagegen ist die
Kompoundwicklung gerade im Synchronismus der Kaskade, weil eine induktive Koppelung
mit der Erregerwicklung dann nicht mehr besteht im.d das Feld ein Gleichstromfeld
ist.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Kompoundierung
einer Kaskade, bestehend aus Induktionsmotor und Kommutatormaschine, welche eine
von gegebener Spannung gespeiste Erregerwicklung besitzt, und es soll erfindungsgemäß
die Kompoundierung sowohl durch eine auf der Kommutatormaschine aufgebrachte, vom
Hauptstrom dieser Maschine durchflossene Kofnpoundwicklung, als auch durch einen
Kompoundierungstransformator bewirkt werden, welcher bei vom Synchronismus abweichenden
Geschwindigkeiten der Kaskade eine dem Hauptstrom und der Frequenz im Rotorkreis
proportionale zusätzliche Erregerspannung in den Stromkreis der Erregerwick Jung
einfügt.
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Zunächst gewährleistet diese Kombination beider an sich bekannter
Mittel die Wirksamkeit der Kompoundierung im ganzen Regelbereich: Dann aber ist
es auch möglich, durch geeignete Bemessung des Kompoundierungstransformators die
gegenseitige Beeinflussung der beiden Erregerwicklungen auf der Kominutatormaschine
bei allen Tourenzahlen zu vermeiden, also auch für den Fall, daß diese von der synchronen
Tourenzahl wesentlich abweichen. Die Bemessung des Kompoundierungstransformators
ist dann eine solche, daß die von ihm in dem Stromkreis der Erregerwicklung eingefügte,
dem Hauptstrom proportionale Zusatzerregerspannung in jedem Moment gleich und entgegengesetzt
ist der von der Kompoundwicklung in der Erregerwicklung induzierten Spannung, so
daß sich diese beiden Spannungen vollkommen kompensieren. In Abb. i ist eine Anordnung
zur Ausübung des beschriebenen Verfahrens dargestellt. Es bedeutet J den am Netz
1V liegenden Induktionsmotor, an dessen Schleifringe S die Kollektormaschine H angeschlossen
ist. Die Erregerwicklung E der Maschine H ist über den regelbaren Erregertransformator
Te ebenfalls an die Schleifringe S des Induktionsmotors J gelegt. Die Maschine H
besitzt den mit Kollektor versehenen Rotor L. Die Kollektorbürsten
b, b, b sind mit der Kompensationswicklung C verbunden und wie aus Abb. i
ersichtlich, trägt die Maschine H noch eine Kompoundwicklung b', welche in Reihe
mit der Kompensationswicklung C geschaltet ist und demnach gegebenenfalls mit ihr
zu einer Wicklung vereinigt sein kann. Ferner aber ist ein Kompoundtransformator
TK gezeichnet, dessen PrimärwicklungP vom, Hauptstrom., dessen Sekundärwicklung
Q vom Erregerstrom der Maschine H durchflossen wird. Der Transformator TK ist nun
in einem solchen Sinne erregt, daß die in der Sekundärwicklung Q durch die Primärwicklung
P induzierte Spannung der von der Kompoundwick hing K in der Erregerwicklung E induzierten
Spannung gleich und entgegengerichtet ist. Dadurch wird erreicht, daß bei untersynchronem
oder übersynchronem Betrieb der Kaskade die Kompoundierung wirksam ist. Bei Synchronismus
selbst ist sie ebenfalls wirksam. Wohl verschwindet dann die durch denTransformator
TK in den Erregerkreis eingefügte Spannung, aber auch in der Maschine H selbst besteht
dann keine induktive Koppelung zwischen den Wicklungen E und K mehr, und die Wirkung
der
Kompoundströme wird nicht mehr durch Gegenamperewindungen in
der Erregerwicklung E kompensiert. Es ist von besonderem Vorteil, wenn bei diesem
Verfahren der Kompoundierungstransformator mit hohem magnetischen Widerstand ausgeführt
wird.
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Anstatt den Kompoundierungstransforma:tor auf den Erregerkreis unmittelbar
einwirken zu lassen, kann man ihn auch derart schalten, daß er die dem Hauptstrom
proportionale Zusatzspannung in den Erregerkreis eines Generators schaltet, welcher
mit der Erregerwicklung der Kommutatormaschine in Reihe geschaltet ist. In diesem
Falle werden in den Erregerkreis des Erregergenerators zweckmäßig Widerstände einer
solchen Größe geschaltet, daß sich die Größe des Stromes nahezu unabhängig von der
Reaktanz dieses Erregerkreises einstellt.
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Abb. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel dieses besonderen Falles dar.
Die Bedeutung der Buchstaben und Zahlen ist die gleiche wie in Abb. i. Die Erregerwicklung
E ist aber zwischen den Reguliertransformator Te un# einen Erregergenerator G geschaltet
dessen Rotorspannung proportional dem Hauptstrom und der Rotorfrequenz der Kaskade
ist. Um dies zu erreichen, wird die Erregerwicklung El des Generators G über den
Widerstand R1 von der Sekundärwicklung des Kompoundtransformators TK aus
gespeist, dessen Primärwicklung P
vom Hauptstrom der Kommutatormaschine H
durchflossen ist. Die Erregung des Erregergenerators kann dabei selbst eine kombinierte
sein, wie durch Abb. 3 dargestellt ist.
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In Abb. 3 besitzt d e Erregermaschine G drei Erregerwicklungen El,
E, und E3. Von diesen wird E2 unmittelbar über einen regelbaren Ohmsehen Widerstand
R2 von den Schleifringen des Induktionsmotors T gespeist. Die Erregerwicklung E3
dagegen erhält ihren Strom über einen Ohmschen WiderstandR3 von einem an das Primärnetz
1V angeschlossenen Frequenzwandler F. Außerdem wird die Erregerwicklung El von einem
dem Hauptstrom. und der Rotorfrequenz der Maschine proportionalen Strom des Kompoundierungstransformator,TIi#
übereinenOhmschen Widerstand R1 erregt. Die von der Erregermaschine G gelieferte
Erregerspannung setzt sich demnach aus Komponenten zusammen, welche in jedem Augenblick
den drei Erregungen der Maschine G entsprechen. Die Erregungen von E2 und E3 sind
im wesentlichen Funktionen von Spannungen, die Erregung von El dagegen ist vorwiegend
eine Funktion des Hauptstromes. Die Erregerspannung der Wicklung E2 ist die Schleifringspannung
des Induktionsmotors J, welche im Synchronismus = o ist und daher nur bei unter-
oder übersynchronem Betrieb ein Feld erzeugt. Die Erregerspannung der Wicklung E3,
ist bestimmt durch die konstant angenommene Netzspannung und das gegebenenfalls
regelbare Übersetzungsverhältnis des dem Frequenzwandler F vorgeschalteten Transformators
T f . Diese Erregerspannung ist unabhängig von der Tourenzahl der Kaskade
und erzeugt demnach auch bei synchroner Tourenzahl ein Feld, und zwar ein Gleichstromfeld
in der Maschine G. Die Erregerwicklung El wird von dem Kompoundtransformator TK
aus gespeist und liefert eine denn Hauptstrom und der Frequenz des Rotorkreises
proportionale Feldkomponente, aber nur bei, von der synchronen Tourenzahl abweichenden
Tourenzahlen der Kaskade, weil im Synchronismus die induktive Koppelung der Wicklungen
des Transformator TIs nicht mehr besteht. Bei der svnchronen Tourenzahl kommt aber
die. Kompoundwicklung K der Maschine H zur Wirkung, so daß die Maschine H auch bei
synchroner Geschwindigkeit der Kaskade sowohl eine vom Hauptstrom unabhängige, durch
den Frequenzwandler F bedingte, als auch eine vom Hauptstrom abhängige, durch die
Kompoundwicklung K bedingte Erregung besitzt. Die Widerstände R1, R., und R3 dienen
dazu, die induk.ive gegenseitige Beeinflussung der Wicklungen El, E., und E3 der
Erregermaschine G (Abb. 3) auf ein zulässiges Maß herabzudrücken. In den Stromkreisen
der Wicklungen El und .E3 sind sie unveränderlich, und es ist daher möglich und
kann -unter Umständen vorteilhaft sein, die beiden Stromkreise zusammenzulegen,
indem man die Sekundärwicklung des Transformators TK unmittelbar in den Stromkreis
der Wicklung E3, also in Reihe mit dem Frequenzwandler F, dem Widerstand R3 und
der Erregerwicklung E, schaltet. Um beim Durchgang durch -den Synchronismus keine
Umschaltungen im Erregerkreis von El vornehmen zu müssen, ist es am einfachsten,
durch den Umschalter U (Abb. 3) eine cyldische Phasenvertauschung im Erregerkreis
der Kommutatormaschine H, außerdem durch den Reversierschalter I-' (Abb. 3) eine
Umkehrung der Stromrichtung in der Erregerwicklung E.= vorzunehmen: Die Spannung
an den Kommutatorbürsten des Frequenzumformers muß durch Bürstenverschiebung oder
primäre Spannungsregelung stets so eingestellt werden, daß sie eine wenigstens annähernd
in Phase mit dem Erregerstrom der Kommutatormaschine befindliche Spannung der Erregernhaschine
bewirkt. Bei den beschriebenen Anordnungen zur Ausübung des neuen Verfahrens ist
die Wahl des Verhältnisses von Widerstand zu Selbstinduktion deslErregerkreises
von Bedeutung für das Verhalten der Maschinen. Bezeichnet c die Rotorfrequenz, i
den Rotorstrom der Induktionsmaschine, so ist bei Vernachlässigung der Sättigung
die in der Erregerwicklung E vom Rotorstrom i erzeugte Spannung proportional dem
Ausdruck c # i. Eine gleiche Spannung muß erfindungsgemäß
die Erregermaschine
G liefern, ihr Erregerstrom muß also auch dem Ausdruck c - i proportional sein.
'Nun ist aber die im Sekundärteil Q des Kompoundtrarisformators induzierte Spannung
ebenfalls c - i proportional. Wird also in den Erregerkreis der Wicklung
El ein WiderstandRi solcher Größe eingescha tet, daß die Reaktanz des Kreises ihm
gegenüber klein ist, dann wird der Erregerstrom der Hilfsmaschine für alle Rotorfrequenzen
und Belastungen die richtige Phase und die erforderliche Proportionalität mit dem
Ausdruck c - i besitzen, und dann wirken Haupt- und Nebenschlußerregerkreis der,Kommutatormaschine
vollkommen unabhängig voneinander.
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Bisher war angenommen, daß die Reaktanz des Erregerkreises (der Wicklung
El) vernachlässigbar klein gegenüber dem Ohmschen Widerstand dieses Stromkreises
ist. Weicht man von dieser Bedingung etwas ab, dann ist es auch möglich, bei geeigneter
Wahl des Verhältnisses von Ohmschem Widerstand zu Reaktanz den induktiven Spannungsabfall
im Rotorkreis der Kaskade durch eine zusätzliche E. M. K. auszugleichen, oder wie
man sagt, die Rotorreaktanz aufzuheben. Die Reaktanzspannung im Rotorkreis de- Kaskade
ist auch dem Wert c # i proportional, und es gehört demnach nur eine entsprechende
Phasenverschiebung des Feldes dazu, um den induktiven Spannungsabfall im Rotorkreis
zu kompensieren. Diese Phasenverschiebung des Feldes kann man erreichen, wenn man
den Ohmschen Widerstand des Erregerkreises die Reaktanz nur in einem solchen Maße
überwiegen läßt, daß die Erregerstromstärke im wesentlich -n durch den Ohmschen
Widerstand bestimmt ist, daß aber die Wirkung der Reak= tanz gerade noch ausreicht,
dem Erregerstrom, also auch dem Feld die gewünschte Phasenverschiebung zu geben.
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Das beschriebene Verfahren zur Kompoundierung einer Kaskade kann natürlich
nicht nur verwendet werden, um den natürlichen Tourenabfall bei Belastung zu erhöhen,
sondern auch, urli ihn zu erniedrigen oder auch, um mit wachsender Belastung eine
Steigerung der Tourenzahl zu bewirken.