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Verfahren zum Puffern von Wechselstromnetzen mittels. Schwungrades.
Es ist häufig erforderlich, Wechselstromnetze zu puffern, um die Belastungsstöße,
die durch große, an das Netz angeschlossene Leistungsverbraucher, wie Fördermaschinen,
Walzstraßen usw. verursacht werden, auszugleichen. Zu diesem Zweck müssen Wechselstrommaschinen
verwendet werden, welche befähigt sind, sowohl motorisch wie generatorisch zu arbeiten.
Da die Polwechselzahl des Netzes durch die Pufferung nicht beeinflußt werden darf,
müssen die Puffermaschinen sowohl beim motorischen wie generatorischen Arbeiten
mit der gegebenen Polwechselzahl des Netzes betrieben werden. Bei Verwendung von
Akkumulatorenpuffern ist dies auch ohne weiteres möglich. Will man hingegen. Massenschwungräder
zur Aufnahme oder Aufgabe der Pufferleistungen heranziehen, dann müssen besondere
Hilfsmittel angewendet werden, um trotz der wechselnden Drehzahl des Schwungrades
die erforderliche ZJnveränderlichkeit der Polwechselzahl der von der Wechselstrompuffermaschine
zu liefernden und abzugebenden Pufferleistung zu sichern. Um dieses Ziel zu erreichen,
müssen entweder zwischen dem Schwungrad und der Puffermaschine Getriebe mit veränderlicher
Übersetzung (z. B. ein Leonard-Getriebe) eingeschaltet werden, oder es muß die Wechselstrommaschine
durch eine besondere Bauart (erweiterte Kaskadenschaltung) auf elektrischem Wege
dazu befähigt werden, trotz der schwankenden Drehzahl Strom von gleichbleibenden
Periodenzahlen zu liefern oder aufzunehmen. Eine andere Art der Lösung der Aufgabe
besteht darin, daß sowohl der induzierte wie der induzierende Teil der Wechselstrompuffermaschine
drehbar angeordnet wird, und daß einer dieser beiden Teile unmittelbar mit dem Schwungrad
gekuppelt ist; während der andere Teil mit dem Schwungrad oder dem Netz durch ein
Getriebe mit veränderlicher Übersetzung (z. B. ein Leonard-Getriebe) verbunden ist.
Diese Anordnung hat gegenüber der zuerst erwähnten den Vorteil, daß nicht die gesamte
Pufferleistung durch das Getriebe mit veränderlicher Übersetzung übertragen werden
muß, sondern nur ein geringer Teil derselben, welcher sich zur Gesamtleistung der
Puffermaschine so verhält, wie die Drehzahl des Reaktionsteiles zur Drehzahl des
mit dem Schwungrad gekuppelten Aktionsteiles der Pufferin.aschine. Es wird bei dieser
Anordnung die Drehzahl der Puffermaschine in zwei Teile zerlegt, von welchen der
eine Teil der Drehzahl des Schwungrades entspricht, während der andere Teil abgezweigt
wird. Die diesem abgezweigten Geschwindigkeitsteil entsprechende Leistung wird z.
B. durch Hilfsmaschinen auf die Schwungradwelle, das Netz oder sonstige Arbeitsverbraucher
übergeführt. Die Regelung der Drehzahl erfolgt hierbei durch Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
zwischen dem drehbaren Alztions- und dem drehbaren Reaktionsteil der Puffermaschine,
bzw. durch Änderung der Brems- oder Treibwirkung, welche auf den Reaktionsteil der
Puffermaschine, sei es durch Hilfsmaschinen oder andere Mittel, ausgeübt wird. Wird
z. B. zwischen dem Aktions- und dem Reaktionsteil ein Leonard -Getriebe als veränderliches
Übersetzungsgetriebe eingeschaltet, dann ist die Drehzahl des Schwungrades und somit
seine Wirkung durch das Verhältnis der Erregung der beiden elektrischen LXIasehiiien
des Leonarrl - Getriebes bestimmt.
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Diese zuletzt beschriebene Anordnung, bei welcher die Geschwindigkeitsteilung
zur Geschwindigkeitsregelung des Pufferschwungrades herangezogen wird, weist jedoch
verschiedene Nachteile auf, welche durch die Anordnung gemäß der Erfindung beseitigt
werden sollen. Diese Nachteile bestehen darin, daß einerseits als Puffermaschine
eine abnormale Konstruktion verwendet werden muß, bei «-elchen die drehbare Anordnung
beider Maschinenteile umfangreiche konstruktive Maßnahmen erfordert und gleichzeitig
durch die drehbare Anordnung der mit dem Netz verbundenen Wicklungsteile die der
Einschaltung von Schleifringen in die Hauptleitungen erforderlich wird und die Betriebssicherheit
der Anordnung vermindert wird. Ein anderer Nachteil der Anordnung besteht
darin,
daß das Schwungrad mit der für die Konstruktion der Wechselstrompuffermaschine gegebenenUmlaufzahl
betrieben werden muß, wenn man mit Rücksicht auf die Verschlechterung des Wirkungsgrades
nicht auch im Leerlauf der Puffermaschine eine dauernde Leistungsüberführung durch
die -Hilfsmaschine in Kauf nehmen will. Um jedoch bei einer gegebenen Leistungsfähigkeit
des Schwungrades die weniger wirksamen Massen desselben möglichst gering halten
zu können, ist es wünschenswert, die Drehzahl des Schwungrades ausschließlich nach-seiner
Konstruktion und ohne Rücksicht auf die Drehzahl der Puffermaschine bestimmen zu
können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Hilfsmaschine, welche den Reaktionsteil
der Puffermaschine abzubremsen oder anzutreiben hat, nur mit ganz geringen Schlupfdrehzahlen
betrieben werden muß. Wollte man die beiden zuletzt genannten Nachteile vermeiden,
dann ist man gezwungen, sowohl den Aktionsteil der Puffermaschine mit dem Schwungrad
wie den Reaktionsteil derselben mit seiner Hilfsmaschine durch besondere Übersetzungsgetriebe
zu kuppeln, wodurch in Verbindung mit der Verteuerung der Puffermaschine durch die
drehbare Anordnung ihrer beiden Teile der Wert der ganzen Anordnung so sehr beschränkt
wird, daß sie gegenüber den anderen Anordnungen keine Vorteile bietet.
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Bei der Anordnung: gemäß der Erfindung wird ebenfalls die Geschwindigkeitsteilung
zur Geschwindigkeitsregelung .des Schwungrades herangezogen; jedoch unter Benutzung
besonderer mechanischer Geschwindigkeitszerleger (Umlaufgetriebe). Bei den Umlaufgetrieben
lassen sich drei Teile unterscheiden, von denen der eine -gewöhnlich mit gleichbleibender
Drehzahl läuft, während der zweite Teil, welcher ebenfalls als Aktionsteil und ein
dritter Teil, welcher als Reaktionsteil bezeichnet werden möge mit j e einer Teildrehzahl
der antreibenden Maschine (unter Berücksichtigung der Übersetzungsverhältnisse)
umläuft. Durch die Änderung der Drehzahl des einen Teiles wird die Drehzahl des
zweiten Teiles bei gleichbleibender Grunddrehzahl des Antriebes bestimmt. Die Verwendung
eines Umlaufgetriebes zur Geschwindigkeitsteilung in Verbindung mit Puffermaschinen
-ergibt aber, wenn: gemäß vorliegender- Erfindung der Reaktionsteil` mit dem. das
Schwungrad treibenden oder bremsenden Aktionsteil durch besondere Hilfsmaschinen
elektrisch gekuppelt ist, die Möglichkeit, eine normale Wechselstrommaschine mit
hoher Drehzahl anzuwenden, trotzdem, aber die Drehzahl sowohl des Schwungrades wie
der auf den Reaktionsteil des Getriebes wirkenden Hilfsmaschine beliebig zu wählen,
um dadurch die oben geschilderten Mängel der Pufferun.gsanordnung mit Drehzahlveränderung
der Puffermaschine durch Geschwindigkeitsteilung mittels drehlyarer Anordnung ihres
Reaktionsteiles zu vermeiden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung dargestellt. Der Ständer der Puffermaschine
112 ist an das, zu puffernde Wechselstromdreiphasennetz angeschlossen. Der Läufer
3 der Puffermaschine M ist auf dem äußeren Umfang der Lager dieser Maschine drehbar
angeordnet. In dem dargestellten Beispiel ist eine Synchronpuffermaschine angenommen,
welche über die Schleifringe SR den Erregerstrorn zugeführt erhält. Es kann jedoch
auch eine Asynchronmaschine Verwendung finden, die Kurzschlußanker besitzt oder
einen Schleifringanker, um mittels desselben die Puffermaschine durch Vorschaltung
von Anlaßwiderständen anzulassen. In; dem Hohlraum, welcher durch die beiden Abstützscheiben
der Fassung des Blechpaketes gebildet ist, ist ein. Umlaufgetriebe (Planetenradgetriebe)
angeordnet, welches aus dem Ritzel z, den beiden Planetenrädern 2 und einer Innenverzahnung
in der Fassung -des Blechpaketes 3 besteht. Der mit denn induzierenden Teil A der
Maschine M verbundene Getriebeteil 3 ist der mit gleichbleibender Drehzahl urnlaufende
Teil des Umlaufgetriebes. Die Planetenräder 2 sind auf einem Armsystem gelagert,
daß seinerseits mit der Welle W, des Schwungrades S und der Hilfsmaschine H gekuppelt
ist. Dieser Teil des Getriebes überträgt das Drehmoment der Maschine M auf das Schwungrad
S und sei im nachfolgenden als der Aktionsteil des Umlaufgetriebes angesprochen.
Der bei der Übertragung des Drehmomentes der Puffermaschine M durch die Planetenräder
:2 auf die Schwungradwvelle entstehende Reaktionsdruck der Planetenräder wird auf
.das Ritzel z übertragen, weshalb dieses im nachfolgenden -als der Reaktionsteil
R des Getriebes bezeichnet wird.
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Die Arbeitsweise der Anordnung ist folgende: Nach Einschaltung des
Ständers der Maschine M wird ihr Läufer auf die Grunddrehzahl gebracht. Dies kann
durch an sich bekanntes Anlaßverfahren erfolgen z. B. bei einer Induktionsmaschine
durch Anlaßwiderstände. Läßt man während dieser Zeit den Reaktionsteil r durch die
Maschine B oder eine andere Bremsvorrichtung abgebremst stehen, dann muß das Schwungrad
S beim Anlauf des Läufers 3 mit beschleunigt werden. Nach dem Erreichen der Grunddrehzahl
durch den Läufer wird dann das Schwungrad jene Drehzahl besitzen, die durch das
Übersetzungsverhältnis des Umlaufgetriebes gegeben
ist. Durch entsprechende
Bemessung desselben ist es somit möglich, bei gegebener und hochgewählter Drehzahl
der :Maschine 3I die Drehzahl des Schwungrades auf jenen Wert festzusetzen, bei
welchem, die beste Aus nutzung seiner Schwungmassen. erzielt wird.
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Während der Anlaßvorgänge kann die Maschine B zum Zweck der Bremsung
des-Reaktionsteiles i unmittelbar oder über den Anker der aberregten Hilfsmaschine
H kurzgeschlossen sein. Nach beendigtem Anlauf wird auch der Erregerstromkreis der
Maschine II geschlossen, z. B. dadurch, d'aß der während des Anlaufvorganges in
der Ausschaltstellung festgehaltene Schalthebel ff' freigegeben wird und jetzt der
Einwirkung des Leistungsrelais L unterworfen wird. Dieses spricht unter Vermittlung
eines Stromtransformators in Abhängigkeit von den Belastungsschwankungen des zu
puffernden Netzes an und schaltet je nach der erforderlichen Wirkung die Regelwiderstände
IV ein oder aus. Bei steigender Belastung des Drehstromnetzes schließt das 1leistungsrelais
L den Erregerstromkreis der Hilfsmaschine H bzw. verstärkt den bereits vorhandenen
Erregt ingswert durch Abschaltung von Widerständen. Dadurch erzeugt ,1 'er Anker
der -Maschine H Spannung oder erhöht seine bereits vorhandene Spannung und liefert
Strom an die Maschine B. Diese treibt dann zusammen mit dem Schwungrad S den Läufer
der :@laschine 3I an und erhöht dadurch dessen Drehzahl, wodurch die vorher als
Motor arbeitende oder leerlaufende Pugermaschine 31 zur generatorischen Wirkung
gelangt und Strom an das Netz abgibt. Durch die dadurch entstehende Belastung des
Schwungrades verzögert sich dasselbe etwas. Würde der Regelwiderstand W in seiner
Stellung stehen bleiben, dann würde die gerieratorischeWirkung der Maschine 31 wieder
aufhören. Es muß deshalb der Leistungsregler 1_ dahin wirken, daß die Widerstände
U' entsprechend der Abnahme der Drehzahl des Schwungrades S weiter ausgeschaltet
werden, so daß durch eine Erhöhung der Drehzahl der :Maschine B die Verminderung
der Drehzahl des Schwungrades S ausgeglichen wird und die Drehzahl des Läufers 3
ihren Wert beibehält. Durch langsameres oder schnelleres Ausschalten dieser Widerstände
in bezug auf die erforderliche Drehzahlveränderung des Schwungrades wird eine stärkere
oder schwächere Treibwirkung der Maschine B und dadurch Pufferwirkung der Maschine
1I zustandekommen. Durch Schwächen der Erregung der lUaschine H wird die Pufferwirkung
vermindert und schließlich in eine negative verwandelt, d. h. die Maschine B liefert
jetzt Strom an die Maschine H, bremst dadurch den Reaktionsteil i des Umlaufgetriebes
und belastet dadurch die Maschine M im motorischen Sinne, so daß das Schwungrad
beschleunigt wird.
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Wie aus der zeichnerischen Darstellung ersichtlich, wird bei einer
gegebenen Schlüpfung des Schwungrades S die Drehzahl der l aschine B entsprechend
der Übersetzung des Umlaufgetriebes um ein Vielfaches höher sein, als die Schlupfd'rehzahl:
des Schwungrades. Es ist somit durch die neue Anordnung erreicht, daß bei Verwendung
einer im elektrischen Teil normalen Puffermaschine beliebiger Konstruktion die Drehzahlen
des Schwungrades und der Hilfsmaschine B auf den günstigsten Wert gebracht werden.
Das Umlaufgetriebe kann natürlich auch außerhalb des Läufers der Maschine 111 angeordnet
sein, um eine auch in mechanischer Beziehung vollständig normale Puffermaschine
zu erhalten.
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Bei dein in der Zeichnung dargestellten Beispiel sind fremd erregte
Gleichstrommaschinen verwendet. Dieselben bedingen eine besondere Erregerstromquelle.
Gemäß der Erfindung können auch Gleichstromreihenschlußniaschinen herangezogen werden,
bei welchen dann die Aufstellung eines besonderen Erregerumformers wegfällt. Dies
wird dadurch erreicht, daß die Richtung der Felderregiiiig in bezug auf die Stromrichtung
in dem Anker der Hilfsmaschine durch an sich bekannte Mittel selbsttätig gewechselt
wird, sobald die Maschinen vom Treiben ins Bremsen übergehen oder umgekehrt.