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Verfahren zur Compoundierung einer Kaskade aus Induktionsmotor und
Nebenschlußkommutatormaschine. Um einer Kaskade, bestehend aus Induktionsmotor und
Nebenschlußkommutatormaschine, Compoundcharakter, also einen der Belastung proportionalen
zusätzlichen Drehzahlabfall zu geben, muß das Feld der Kommutatormaschine bei Last
um einen der Belastung proportionalen Betrag geändert werden; zur Deckung der dazu
erforderlichen induktiven Spannung an den Klemmen der Erregerwicklung mufl in den
Erregerkreis der Kommutatormaschine eine Spannung eingeführt werden, die der Wattkomponente
des Rotorstroznes der Kaskade und dem Schlupf proportional ist. Diese Spannung kann
in bekannter Weise in-.düziert werden in der .Sekundärwicklung eines Transformators
mit hohem magnetischen Widerstand, der primär vom Rotorstrom der Kaskade durchflossen
ist; diese Anordnung hat
aber den Nachteil, daß der Transformator
mit der geringen Schlupffrequenz arbeitet und daher groß wird. Außerdem ist die
sekundär vom Primärstrom induzierte Spannung dein gesamten Rotorstrom der Kaskade
und nicht deren Wattkomponente proportional, die voui wattlosen Strom induzierte
Spannung muß durch besondere Hilfsmittel wieder ausgeglichen werden.
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Beide Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die
Primärseite des Compoundtransformators nicht in den Rotorkreis, sondern in den Statorkreis
des Induktionsinotors eingeschaltet wird, wobei die Sekundärwicklung unter Zwischenschaltung
eines Frequenzumformers die Erregerwicklung der Kommutatormaschine speist. Da die
Kaskade in der Regel für einen priinären Leistungsfaktor gleich der Einheit entworfen
wird, ist hierbei die in der sekundären Wicklung des Coinpoundtransforinators induzierte
Spannung dem Wattstrom, also dem Drehmoment des Motors, proportional, wie oben verlangt
wurde. Sie ist aber vom Schlupf unabhängig, während sie demjenigen Schlupf proportional
sein sollte, auf den sich der Motor bei der betreffenden Last einstellen soll. Doch
kann die Sekundärspannung des Compoundtransformators durch Vorschalten von Widerstand
auf den richtigen Wert abgedrosselt werden.
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Diese Schaltung wird durch das Ausführungsbeispiel der Abb. z erläutert,
für den Fall, daß die Erregung der Kominutatormaschine von den Schleifringen des
Induktionsmotors und von einer Erregermaschine in Reihe gespeist wird. N ist das
Netz, J der Induktionsmotor mit den Schleifringen s, K die Kommutatormaschine mit
den Bürsten b, der Kompensationswicklung k und der Erregerwicklung e, deren Anfänge
an die Schleifringe s,. deren Enden an die Erregermaschine K,, mit den Bürsten b,
und der Kompensationswicklung k, angeschlossen sind. Die Erregermaschine K, hat
zwei Erregerwicklungen e, und e._. Die Wicklung e, wird von den Schleifringen s
des Induktionsmotors unter Zwischenschaltung eines Regulierwiderstandes r, gespeist,
die Wicklung e. ist an die Kommutatorbürsten b. des Frequenzumformers F, der mit
dem Induktionsmotor J synchron läuft, angeschlossen. Die Wicklungen e, und e, können
auch zu einer Wicklung vereinigt werden. Die Schleifringe s2 des Frequenzumforniers
werden unter Zwischenschaltung des Regulierwiderstandes r,,, von der Sekundärwicklung
des Compoundtransformators K T gespeist, dessen Primärwicklung vom Primärstrom des
Induktionsmotors J durchflossen ist. Für jede Leerlaufdrehzahl, also jede Stellung
der Reglerorgane der Kaskade, wird ein anderer Wert des Regulierwider- i standes
r. eingestellt; der Wert ergibt sich aus folgender Überlegung: Die Kaskade arbeite
im Leerlauf mit einem beliebig eingestellten Schlupf s, der Primärstrom des Induktionsmotors
sei Null. Bei Vollast, entsprechend dem Primärstrom. A des Induktionsmotors, soll
der Schlupf auf s +A s steigen. Wird nun für jeden Leerlaufschlupf
s der Widerstand r@ =
eingestellt, wobei a eine durch die Daten der Kaskade bestimmte Konstante ist,
so wird die vom primären Strom A über den Frequenzumformer in den Erregerkreis e
der Kommutatormaschine eingeführte Spannung = A (s -f- As); bei richtiger Wahl der
Konstanten
a wird sie also den zusätzlichen Schlupf 4 s bewirken. Hierbei ist k eine weitere
durch die Daten der Kaskade bestimmte Konstante. Voraussetzung ist dabei, daß der
Widerstand r2 groß ist gegenüber den in Reihe .mit ihm liegenden Reaktanzen. Im
allgemeinen wird verlangt, daß der zusätzliche Schlupf der Belastung proportional
sei. Bei Halblast z. B. sollte der Schlupf s -j-
und die zugeführte zusätzliche Spannung -
sein, sie ist aber nicht genau proportional der Belastung sein,
(s Der Schlupf wird also der Fehler ist um so kleiner je größer s und je kleiner
O s ist. In der Nähe des Synchronismus kann er sehr groß sein, hier ist aber der
Schlupf überhaupt nicht -durch die induktive, sondern durch die Ohinsche Spannung
des zusätzlichen Erregerstromes festgelegt, die auf andere, bekannte Weise gedeckt
werden muß.
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Besondere Bedeutung die neue Schaltung, wenn der Ohmsche Spannungsabfall
des ,bei Leerlauf bestehenden Erregerstromes der Kommutatorm schine ebenfalls her
über einen Frequenzumformer vom gedeckt wird. Denn dann kann unter Umständen dieser
Frequenzumformer mit dem zur Compoundierung notwendigen vereinigt werden. Die Schaltung
zeigt Abb. 2. Es ist das Netz, I der Induktionsmotor, wieder K :die Iiommutatormaschine
mit der Erregerwicklung e, K, .die Erregermaschine mit den Erregerwicklungen e,
und e2. Die Erregerwicklung e liegt an den Kommutatorbürsten b2 des Frequenzumformers
F. Dessen Schleifringe s werden unter Zwischenschalin Reihe tung des Regulierwiderstandes
r von der Sekundärwicklung des Compoundtransförmators K T, dessen Primärwicklung
vom Primärstrom .des Induktionsmotors durchflossen ist, und von der Sekundärwick-
-jung-des-
Transformators H T bespeist, dessen Primärwicklung an- die Netzspannung angeschlossen
ist.
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Der Transformator H T bezweckt die Deckung des Olimschen Spannungsabfalles
des Erregerstromes im Erregerkreis der Kommutatormaschine K. Da dieser Erregerstrom
dem Schlupf ungefähr proportional ist, ist bei konstantem Widerstand dieses Kreises
auch der Ohmsche Abfall dem Schlupf wenigstens annähernd proportional; da die sekundäre.
Spannung des Transformators H T konstant ist, muB der Widerstand r2 in Hinsicht
auf den - Transformator H T bei einer dem Leerlaufschlupf s entsprechenden Stufe
den Wert laben (b -Konstante), während die Compoundierung
den-Wert verlangt.
Durch entsprechende Bemessung kann erreicht werden, daB für einen beliebigen Werts'
der Quotient -
wird, für diesen Schlupf
,kann also in der Schaltung nach Alb. z der gleiche Regulierwiderstand r2 zur Regelung
der Sekundärspannungen der Transformatoren K T und- H T verwendet werden.
Wird auch bei anderen Werten des Leerlaufschlupfes derselbe Widerstand zur Regelung
beider Transformatoren verwendet, so muß entweder ein Fehler in der zur Deckung
des Ohmschen Abfalles des Erregerstromes dienenden Spannung oder ein Fehler in der
compoundierenden Spannung in Kauf genommen werden. Im ersten Fall ändert der resultierende
Erregerstrom seine Phase, im zweiten Fall ändert sich der Betrag der Compoundierung.
Innerhalb gewisser Grenzen sind beide Fehler gering.
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Die Sekundärspannung des - Transformators H T und-die vom Primärstrom
des Induktionsmotors im sekundären Teil des Transformators K T induzierten
Spannungen müssen ungefähr 9ö° in der Phase gegeneinander verschoben sein. Der Widerstand
r2 muß stets mindestens so groß sein, daß er die Stromstärke im Kreis des Frequenzumformers
gegenüber den Reaktanzen beherrscht.
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Wird der Einfluß des Transformators K T vorübergehend vernachlässigt,
so verdreht sich infolge des induktiven Spannungsabfalles im Induktionsmotor J bei
Übergang von Leerlauf zu Last die Phase der fSchleifringspannung des Induktionsmotors
.und damit die Phase des Erregerfeldes und des Erregerstromes der- Kommutatormaschine
gegenüber der Kommutatorspannung des Frequenzumformers um einen Winkel, der von
der Leerlaufdrehzahl annähernd .unabhängig und nur der .Belastung annähernd proportional
ist. Die Kommutatorspannung des Frequenzumen Abfall .des Erformers soll den Ohmsc
regerstromes .decken. Diese Verdrehung ist also im allgemeinen nicht erwünscht.
Es ist bekannt, diesen Verdrehungswinkel, der nur clem Belastungsstrom proportional
- einen primär vom ;Statorstram durchfl.os.senen, sekundär Stromkreis des Frequenzum
ormers liegenden Transformator aufzuheben. Erfindungsgemäß -soll - nun dieser Transformator
.mit .dem Transformator K T vereinigt Um dies zu erreichen, wird -.der Transformator
K T so bemessen, daß sein Primärstrom in der Sekundärwicklung außer der zur
Connpoundierung notwendigen Spannung eine zusätzliche- Spannung induziert, die gegen
die- .Spannung - des Transformators H T ungefähr 90° -in der Phase nacheilt.
Da die zum Zweck der Compoundierung vom Transformator- K T 'zu Spannung des Transformators
H T um 90° in der Phase voreilt, -muB die vom Compoundtransformator K T .- dem Freqüenzumformer
.gelieferte Spannung außer der zur Compoundierung - dienenden Komponente noch eine
Komponente enthalten, weiche in an sich bekannter Weise -daß sieh bei Belastung
die Richtung des den Qhmschen Abfall deckenden Spannungsvektors der -Frequenzumformerspannung
gegenüber dem Vektor der Schleifringspannung des Induktionsmotors nicht ändert,
so daB ein besonderer Transformator zur Einfügung dieser Spannungskomponente nicht
erforderlich ist.
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Die- Schaltungen Alab. z und z sind für unter- und übersynchronen
Betrieb brauchbar. Wird bei Durchgang durch keine Umschäitung der Verbindungen zwischen
Erregermaschine K und Erregerwicklung e so muß die Richtung der von den Transformatoren
H T und K T in den Erregerkreis der Kommutatormaschine eingeführten
Spannungen übersynchron die entgegengesetzte sein, wie untersynchron. Wird bei Durchgang
durch Synchronis us Anfang und Ende der Erregerwicklung e miteinander vertauscht,
so ist keine Umschaltung .der Transformatoren H T und K T notwendig. ' Der K
T
in- Alah. 2 in Reihe zur Sekundärwicklung .des Transformators H T gezeichnet,
er kann in Reihe zu dessen Primärwicklung-geschaltet werden, wobei dann die Umkehrung
der Richtung .d-er von' beiden Transformatoren in den Erregerkreis eingeführten
Spannungen nur .durch Vertauschen von- Anfang und Ende der des Transformators
H T erreicht wird.
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Es ist .bekannt, den Ohmschen Abfall des zur Compoundierung notwendigen
zusätzlichen Erregerstromes durch einen Compoundtransformator
zu
decken, dessen Primärseite ebenfalls vom Primärstrom des Induktionsmotors durchflossen
ist und dessen Sekundärstrom über einen konstanten Widerstand den Schleifringen
des Frequenzumformers zugeführt wird. Dieser Strom muß gegenüber dem von der Sekundärspannung
des Transformators K T erzeugten Strom um 9o° in der Phase verschoben sein.
Statt einen besonderen Transformator aufzustellen, der diesen Strom erzeugt, kann
nach der Erfindung auch der Transformator K T mit einer zweiten, entsprechend
geschalteten ,Sekundärwicklung ausgeführt werden. Unter Umständen genügt es, wenn
die zur Deckung des Ohmschen Abfalles des zusätzlichen Erregerstromes bestimmte
Spannung mit dem Strom nicht in Phase, sondern um 30° dagegen verschoben ist. In
diesem Fall kann die vereinfachte Schaltung nach Abb.3 angewendet werden, wobei
nur der Stromkreis des Frequenzumformers gezeichnet ist. N bedeutet wieder das Netz.
Der Hilfstransformator H T ist sekundär mit geöffnetem Nullpunkt ausgeführt,
und in diesen Nullpunkt ist die Sekundärwicklung des Transformators K T mit
den drei Phasen t', t", t"' eingeschaltet. Die Primärwicklung dieses Transformators
ist vom Primärstrom des Induktionsmotors durchflossen. Beide SekundärwicklungenHT
und K T speisen in Reihe über den Regulierwiderstand r2 die Schleifringe
s,', s2", s2"' des Frequenzumformers F, dessen Komenutator die Erregerwicklung
der Erregermaschine speist. Außerdem aber ist die Sekundärwicklung des Transformators
K T noch über einen konstanten Widerstand r, mit den Schleifringen s2 in
Phasenvertauschung derart verbunden, daß die Phase t' des Transformators, die über
den Widerstand r2 mit dem Schleifring s2' verbunden ist, über den Widerstand r3
mit dem Schleifring s,"' verbunden ist. Der über den Widerstand r;, fließende Strom
.bewirkt im Erregerkreis der Komanutatormaschine eine nur dem primären Strom .des
Induktionsmotors proportionale Spannung, die gegen den zur Compoundierung verlangten
zusätzlichen Erregerstrom , um 30° in der Phase verschoben ist und dessen OhmschenAbfall
wenigstens annähernd deckt.