-
Maschine zur Umformung von Wechselströmen- verschiedener Frequenz
mit synchron ausgeführtem Motor- und Generatorteil und gemeinsamer Induktorwicklung.
Nach dein Hauptpatent 372390 soll unter Umständen Motor- und Generatorteil
einer Maschine zur Umformung von Wechselströnien verschiedener Frequenz synchron
ausgeführt und für beide- Teile eine gemeinsame Induktorwicklung-verwendet werden.
Bei einer Synchronmaschine ändert sich nun der resultierende Magnetisierungstrom
nach Lage und Größe unter dem Einfluß des von der Ständerwicklung erzeugten Feldes
in Abhängigkeit von der Belastung. Die Leistung der Maschine ist dabei proportional
dem Produkte aus Magnetisierungstrom und Ständerstrom. Sie erreicht einen. Höchstwert,
wenn 'der Verschiebungswinkel zwischen dem Magnetisierungstrom und dem Induktorstrom
45° beträgt. Wird die Maschine als Motor darüber hinaus belastet, so fällt sie außer
Tritt.
-
Gegenstand der Erfindung bildet nun ein Mittel, durch das bei Umformern
der gekennzeichneten Art eine Überschreitung des zulässigen Höchstmomentes .des
Motors vermieden werden soll. Dieses neue Mittel besteht darin, die elektrischen
Verhältnisse, wie Windungszahl und Feldstärke, so zu wählen, dar der Verschiebungswinkel
zwischen dem resultierenden Feld und dem Induktorströmanteil des Motorteiles kleiner
oder- höchstens gleich groß ist, wie der entsprechende Verschiebungswinkel im Generatorteil.
-
Die Erfindung soll an Hand der Abb. i bis 5 näher erläutert werden.
-
Abb. i stellt das Stromdiagramm des Generatorteiles - dar. 1,g ist
dabei der Induktorstrom, Jag der abgegebene Ständerstrom. Die Resultierende
aus beiden gibt den Magnetisierungstrom ig, der das resultierende Feld erzeugt und
gegen die erzeugte elektromotorische
Kraft um ungefähr 9o° voreilt.
In gleicher `:`eise bedeutet in Abb.2 J2", den Induktorstrotn des Motorteiles, J,",
den vom Ständer aufgenommenen Strom. i," ist wieder der als Resultierende aus beiden
sich ergebende Magnetisierungsstronr, gegen den die aufgedrückte Spannung um 9o°
voreilt. J"", und J,8, also der Induktorstromanteil des Motors und des Generators,
stehen dabei immer in einem festen Verhältnis zueinander.
-
Es muß hun die (lern Motorteil des Umformers zugeführte Leistung -
abgesehen von den Verlusten - stets gleich der vom Generatorteii abgegebenen ; Leistung
sein. Die Motorleistung ist aber dein Produkt aus dem Magnetisierungsstrom i", und
der Wattkomponente J',", des Ständerstromes J,", proporrional, während die Generatorleistung
dem Produkt aus dein Magnetisierungstrom i8 und der Wattkomponente.l'1g des Ständerstroines
J,8 entspricht. Da die Spannungen von Motor und Generator im allgemeinen konstant
sind und mit ihnen auch die MagnetisierungsstrFtne, kann man vereinfachend die Leistungen
vorn Motor- und Generatorteil direkt proportiönal den Wattkomponenten der Ständerströtne
ansetzen. Dann sind aber auch die Momente des Motorteiles und des Generatorteiles
diesen Wattkomponenten des Ständerstroines proportional, Der zulässige 'Höchstwert
des Motormomentes wird erreicht, wenn der Induktorstrom Jz. auf dem Magnetisierungstrom
i", senkrecht steht, also die Wattkomponente J',", des Ständerstromes gleich dem
Induktorstrom J,. wird. Es kommt also darauf an, daß das mögliche Generatormoment
diesen Höchstwert des Motormomentes nicht überschreitet.
-
Uin die Verhältnisse leichter zu überblicken, ist in den Abb.3 bis
5 das Stromdiagramm des Motors nach unten umgeklappt und in solchem Maßstabe dargestellt,
daß der Vektor J',", ebenso groß wird wie J',8.
-
Abb. 3 stellt dabei den besonders einfachen Fall dar, daß der Verschiebungswinkel
a zwischen dem Induktorstrom und dem resultierenden Magnetisierungstrom für Motor-
und Generatorteil derselbe ist. Die Ma-netisierungströ me i", und i8 laufen dann
in dem Diagramm parallel, ohne jedoch gleich große sein zu müssen. Dagegen sind
die -Wattkomponenten J',", und J',8 der Ständerströme J,", und J,8 stets gleich
groß. Motorteil und Generatorteil weisen demgemäß immer die gleiche Leistung auf.
Wächst die Generatorbelastung, so verschiebt sich der Punkt 3, und für einen anderen
Belastungsfall ergeben sich z. B. die durch gestrichelte Linien veranschaulichten
Verhältnisse. Ein Überschreiten des Motorhöchstmomentes ist dabei vollkommen ausgeschlossen.
-
In Abb. d. ist der Fall angenommen, daß der Verschiebungswinkel a",
beim Motorteil kleiner ist als der Verschiebungswinkel a. beim Generatorteil. Die
Magnetisierungströme i", und i8 sind wieder parallel, und der Punkt 3 ist wieder
gemeinsamer Eckpunkt für die beiden Stromdreiecke. Ist dabei die Motorleistung der
Gerieratorleistung gleich, so würde bei steigender Belastung der Punkt 3 als Eckpunkt
des Generatorstrotrrdreiecks auf einem Kreisbogen um den Punkt i mit dem Induktorstromvektor
J_8 als Radius wandern, als Eckpunkt des Motordreiecks hingegen auf einem um Punkt
5 mit dein ' Radius J2", geschlagenen Kreisbogen. Das Höchstmoment des Generators
ist dabei durch den strichpunktiert gezeichneten Vektor J28 gegeben, das Höchstmoment
des Motors durch den strichpunktiert gezeichneten Vektor J2,. Das mögliche Motorhöchstmoment
ist also stets größer als das des Generators, und ein Überschreiten dieses Höchstmomentes
ist auch in dieseln Falle ausgeschlossen.
-
Den umgekehrten Fall veranschaulicht das Diagramm Abb.5. Dort ist
der Verschiebungswinkel a", beim Motorteil größer als der Verschiebungswinkel «g
beim Generatorteil. Die Höchstmomente des Generatorteiles und des Motorteiles sind
wieder durch die strichpunktierten Vektoren Jag und J._", dargestellt. Es .zeigt
sich nun, wenn wieder die Motor- und Generatorleistung beim Zusammenfallen der Eckpunkte
der beiden Stromdreiecke im Punkt 3 als gleich angenommen werden, daß das mögliche
Generatorhöchstmornent größer ist als das Motorhöchstmoment. Wenn also der Verschiebungswinkel
beim Motorteil größer ist als beim Generatorteil, ist auch ein Überschreiten des
Motörhöchstmomentes und damit ein Außertrittfallen der Maschine möglich.