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Verfahren zum Anlassen von Mehrphasetiasynchronmotoren mit Kurzschlußanker.
Es ist bekannt, daß Mehrphasenasynchronmotoren mit Kurzschlußanker, deren Ohmscher
Widerstand relativ niedrig ist, nur ein kleines Anzugsmoment entwickeln, wenn sie
an ein Netz angeschlossen werden, dessen Frequenz den gebräuchlichen Periodenzahlen
(z. B. 5o) entspricht. Um das Anzugsmoment eines solchen Motors zu erhöhen, kann
man, wenn eine Stromquelle mit regelbarer Frequenz zur Verfügung steht, mit der
Frequenz beim Anlauf des Motors- weit heruntergehen und kommt dabei schließlich
auf einen Wert, bei welchem der Motor sogar sein maximales Drehmoment entwickelt.
Es ist hierbei angenommen, daß die zugeführte Spannung sich proportional mit der
Frequenz ändert. Wenn man für den stillstehenden Motor, dessen Rotorwiderstand gegeben
ist, diejenige Frequenz der zugeführten Spannung bestimmt, bei welcher er unter
diesen Umständen sein maximales Anzugsmoment D entwickelt, so er--hält man
die Beziehunz:
wo R, den Widerstand, L, den Selbstinduktionskoeffizienten des Rotors bedeutet.
Mit w ist demnach diejenige Winkelgeschwindigkeit des Drehfeldes gegen den Rotor
bestimmt, bei welcher das Produkt Feld x Strom, soweit
es für das
Drehmoment in Betracht kommt, ein Maximum wird.
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Diese Beziehung gilt aber nicht nur für den stillstehenden, sondern
auch für den laufenden Motor, d. h. -wenn bei einem Motor, dessen Umdrehungsfrequenz
= ek, ist, die Frequenz, der zugeführten Spannung ui, gleich ist der Summe i#k,
+ !j",." so entwickelt der Motor sein maximales Drehmoinent. Die Größe von u"" kann
man daher leicht bestimmen, wenn man die Drehmomentkurve des Motors bei einer beliebigen
zugeführten konstanten Frequenz in Abhängigkeit von der Schlüpfung s aufträgt (s.
Abb. i). Nimmt man den Synchronpunkt s o (Schlupffrequenz = o) als Anfangspunkt
des Koordinatensystems, dann ist die Abszisse o a für das Ordinatenmaxirnum
ein Maß für die Größe ab
ist ein Maß für die Tourenfrequenz n, des
Motors und o b = o a + a b ein Maß für diejenige
Frequenz w-, der zugeführten Spaniii-,.n., bei welcher der mit der Tourenfrequenz
it" laufende Motor sein maximales Drebmoment D ", entwickelt.
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Bei dem bisher üblichen Verfahren, den Motor mit einer niedrigen Frequenz
anzulassen und die Frequenz mit dem hochlaufenden Motor zu steigern, bewegte sich
das Drehmoment des Motors mit dem Wachsen der Generatorfrequenz auf den zugehörigen
Drehmomentkurven, ohne daß dabei: aber auf irgendeine besondere Beziehung zwischen
Tourenfrequenz des Motors und Spannungsfrequenz des Generators Bedacht genommen
wurde. Wenn demnach anch der Motor bei richtiger Wahl der Frequenz mit seinem maximalen
Drehmoment anlief, so war doch in keiner Weise Gewähr dafür gegeben, daß er auch
beim Hochlaufen dauernd dieses maximale Drehmoment beibehielt, sondern
je nach der Geschwindigkeitszunahme des Motors im Vergleich zu der des Generators
entwickelte der Motor dabei ein Drehmoment, welches mehr oder weniger von dem Maximalwert
abwich.
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Die unbedingte Beibehaltung des maximalen Drehmomentes während der
ganzen Zeit des Anlaufs ist jedoch bei gewissen Betrieben von ganz hervorragender
Bedeutung. Ganz be-
sonders ist dies bei Schiffsantrieben der Fall, da beim
Manövrieren die Zeitdauer der Be-Rolle wegungen oft eine ausschlaggebende spielt.
Soll das Schiff schnell auf volle Fahrt kommen, dann wird die Zeitdauer der Geschwindi-,keitsänderung
ein Minimum sein, wenn das beschleunigende Drehmoment des Antriebsmotors möglichst
während der ganzen Anlaufszeit ein Maximum ist.
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Es ist nun Gegenstand vorliegender Erfindung ein Verfahren zum Anlassen
von Mehrphasenasynchronmotoren mit Kurzschlußanl##r, welche von Stromquellen mit
regelbarer Frequenz gespeist werden, insbesondere für Schiffsantrieb, nach welchem
die dem Motor zugeführte Spannungsfrequenz derart in Abhängigkeit von der Motorentourenfrequenz
geregelt wird, daß sie während der Anlaßzeit von der Tourenfrequenz des Motors jeweils
um die zur Erzielung des maximalen Drehmomentes erforderliche Periodenzahl abweicht.
Wird die Sparmungsfrequenz z. B. dadurch geregelt, daß man den konstant erregten
Generator, ausgehend von einer niedrigen Tourenzahl, allmählich schneller laufen
läßt, so sind Einrichtungen zu treffen, welche die Geschwindigkeit des Generators
in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Motors während des Anlassens derart
regeln, daß die Generatortourenfrequenz stets um den der Frequenz entsprechenden
Betrag größer ist als die Tourenfrequenz des anlaufenden Motors.
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In Abb. 2 sind unter Zugrundelegung ein(s gewissen Rotorwiderstandes
die Drehmomentkurven D.", L#", D", . . . als Kurvenschar für variable
Frequenzen der zugeführten Spannung in Abhängigkeit von der Tourenfrequenz des Motors
aufgetragen. desgleichen die zur Erzielung des maximalen Motordrehmomentcs erforderlichen
Frequenzen vj, der zugeführten Spannung. Man erkennt, daß zur Erzielung des maximalen
Drehmomentes bei allen Motorgeschwindigkeiten die Geschwindigkeit des Generators
jene stets um einen gewissen Betrag w", übertreffen muß. Wird nun durch Regelungseinrichtungeii
die Beziehung b
- W.v #,#v + Wni dauernd während
der Anlaufperiode aufrecht erhalten, dann bewegt sich das Drehmoment des Motors
über die Maxima der ganzen Kurvenschar D" D:,1, D#" . .
-, welche einander gleich sind. Praktisch ließe sich dieses etwa in der Weise
erreichen, daß durch einen Apparat, welcher die Tourenzahl des Motors mißt, die
Leistung der Antriebsmaschine des Generators derart geregelt wird, daß die Geschwindigkeit
des Generators jeweils der zur Erzielung des maximalen Drehmomentes erforderlichen
Frequenz entspricht. Es können hierbei automatische Einrichtungen vergendet werden,
wie sie für die Einstellung und Konstanthaltung der Tourenzahl bereits bekannt sind,
und es wird sich empfehlen, eine möglichst rasche Anpassung der Generatortourenzahlen
an die Motortourenzahlen durch die Verwendung von Schriellreglern zu bewirken-Gegebenenfalls
könnte man der Trägheit der Regelungseinrichtung dadurch wenigstens teilweise begegnen,
daß man die Regelungsappa.-rate mit einer geringen Voreilung arbeiten läßt, so daß
das beschleunigende Moment der Antriebsmaschine um ein geringes größer eingestellt
wird, als wie els der augenblicklichen
Motortourenzahl entsprechend
sein sollte. Dadurch kann die geringe, durch die Ubertrarung verursachte Zeitdifferenz
wieder ausgeglichen werden.
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Der Gegenstand der Erfindung sei an Hand des Ausführungsbeispieles
der Abb. 3 näher erläutert. Es bedeutet D die Antriebsmaschine für
den konstant erregten Generator G, L die Zuleitung zum Motor
31, welcher die Schiffsschraube S antreibt. In Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit des Motors bewegt der Regulator V den Hebelarm H, welcher in den
durch die Batterie B und das Relais R gebildeten Ortsstromkreis mehr oder weniger
Widerstand PV einschaltet. Das Relais R wirkt auf den Dampfeinlaß E und läßt
der Antriebsmaschine D mehr Dampf zuströmen, wenn die Geschwindigkeit des
Motors 111 zunimmt. Dem Relais R wirkt die Feder F entgegen. Der Anlaßvorgang selbst
ist nun folgender: Deri#lotoriVI ist zunächst in Ruhe, so daß der Regulator V seinen
tiefsten Stand einnimmt. Dementsprechend ist in dem Stromkreis der Batterie B der
größte Wert des Widerstandes W eingeschaltet und das Relais R nur schwacli erregt.
Die dem Relaismagneten entgegenwirkende Feder F zieht den Hebel des Dampfeinlaßventils
E rechts herüber und gestattet nur eine derart geringe Dampfzufuhr, daß die
Dampfmaschine D den Generator G mit einer Tourenzahl betreibt, bei
welcher die erzeugte Frequenz der Generatorspannung dem Wert u"" entspricht. Bei
dieser entwickelt der Motor Je sein größtes Anzugsmoment. Beginnt nun der Motor
21,1 sich zu drehen, dann hebt sich die Muffe des Regulators V und schaltet Widerstand
aus dem Batteriestromkreis ab. Das Relais R zieht allmählich unter Überwindung der
Federkraft F den Ventilhebel nach links herüber. Durch passende Einstellung der
Größen PV, R und F läßt sich nun erreichen, daß bei Steigerung der Umdrehungszahl
von M auch die Generatorfrequenz in dem gewollten Maße steigt, wodurch der Erfindungszweck
erreicht wird.
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Es ist nicht erforderlich, daß die Regelungseinrichtung während der
ganzen Anlaßzeit wirkt, z. B. wenn das erforderliche Anzugsmoment des Motors im
ersten Moment des Anfahrens klein ist und erst mit der Geschwindigkeit wächst. Man
könnte in diesem 1
Falle die Generatorfrequenz beim Einschalten des Motors
größer wählen, als dem maximalen i Drehmoment des Motors entspricht, und die weitere
Erhöhung der Generatorfrequenz in dem beschriebenen Sinne erst erfolgen lassen,
i nachdem der anlaufende Motor sein maximales Drehrnoment erreicht hat. Handelt
es sich um rin sehr forciertes Anfahren des Schiffes, dann kann gleichzeitig mit
der beschriebenen Regelung der Generatorfrequenz eine Verstärkung der Felderregung
des Generators vorgenommen werden. Hierdurch wird die dem Motor zugefügte Spannung
sowohl der Größe als auch der Frequenz nach in dem Sinne beeinflußt daß durch Erzielung
eines hohen und konsianten Drehmoments die Anfahrzeit auf den minimal erreichbaren
Wert herabgesetzt wird.