DE390399C

DE390399C - Method for controlling asynchronous machines by means of mechanically coupled collector rear machines

Info

Publication number: DE390399C
Application number: DES55171D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Publication date: 1924-02-18

Description

Verfahren zur Regelung von Asynchronmaschinen mittels mechanisch gekuppelter Kollektorhintermaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung von Asynchronmaschinen mittels mechanisch gekuppelter Kollektorhintermaschinen und ermöglicht eine wesentliche Erweiterung des Bereiches der wirtschaftlichen Regelung eines solchen Maschinensatzes. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Kollektorhintermaschine je nach dem Regelungsbereich als Energieumformer oder als Frequenzumformer geschaltet wird. Der -Vorteil dieser Schaltung ergibt sich aus folgendem: Wenn die mit der Asynchronmaschine mechanisch gekuppelte Maschine als Schlupfenergieumformer arbeitet. so zeichnet sich zwar diese Anordnung durch große Betriebsicherheit und hohen Wirkungsgrad aus, hat jedoch den Nachteil, daß der Regelbereich nach unten sehr beschränkt ist. Da nämlich die Gegenspannung, die von der Hintermaschine erzeugt werden muß, außer vom Feld auch noch von der Drehzahl abhängt, so nimmt sie bei Verminderung der Drehzahl zu stark ab und fällt beim Unterschreiten einer gewissen Drehzahl unter den gewünschten Wert. Um dabei die Spannung wieder auf den gewünschten Betrag zu erhöhen, müßte das Feld der Kollektormaschine bedeutend verstärkt werden. Dies würde aber eine sehr große und teuere Maschine erfordern. Will man dies nicht in Kauf nehinen, so muß man auf die Regelung im Bereich der niedrigen Drehzahlen verzichten. Wenn man nun aber gemäß der Erfindung für die niedrigsten Drehzahlen die Hintermaschine als Frequenzwandler arbeiten läßt, so ist es möglich, auch in diesem Regelungsbereich wirtschaftlich zu arbeiten und dabei mit normalen Maschinengrößen auszukominon. Dies ergibt sich aus dem Spannungsdiagramm (Abb. r), worin a die Schleifringspannung der Hauptmaschine bedeutet, b die Klemmenspannung der Hintermaschine, wenn diese als Energieumformer geschaltet ist, und c die Klemmenspannung der Hintermaschine, wenn diese als Frequenzwandler arbeitet. Als Abzissen dienen die Drehzahlen der Asy@nchronmaschine.Method for controlling asynchronous machines by means of mechanically coupled machines Collector rear machines. The invention relates to the regulation of asynchronous machines by means of mechanically coupled collector rear machines and enables a substantial Expansion of the area of economic regulation of such a machine set. According to the invention this is achieved in that the collector rear machine Depending on the control range, switched as an energy converter or as a frequency converter will. The advantage of this circuit results from the following: If the with the Asynchronous machine mechanically coupled machine works as a slip energy converter. this arrangement is characterized by great operational reliability and high efficiency off, but has the disadvantage that the downward control range is very limited. Because the counter-tension that must be generated by the rear machine, except depends on the field also on the speed, then it increases when the speed is reduced drops too much and falls below the desired speed if the speed falls below a certain level Value. In order to increase the tension again to the desired amount, would have to the field of the collector machine can be significantly strengthened. But this would be a require very large and expensive machines. If one does not want to accept this, so one must do without the regulation in the range of the low speeds. If but now according to the invention for the lowest speeds the rear machine as Let the frequency converter work, so it is possible also in this control range to work economically and to get along with normal machine sizes. This can be seen from the stress diagram (Fig. R), where a is the slip ring stress of the main machine means b the terminal voltage of the rear machine, if this is connected as an energy converter, and c is the terminal voltage of the rear machine, if this works as a frequency converter. The rotational speeds of the serve as abscissas Asynchronous machine.

Die Schleifringspannung a wächst. wie bekannt, linear mit der Schlüpfung, so daß sie beim Rotorstillstand am größten ist und bei synchroner Drehzahl zae verschwindet. Die Spannung b der Hintermaschine, wenn diese mit konstantem Feld als Motor arbeitet, ist proportional der Drehzahl. Da die Spannung a der Spannung der Hintermaschine gleich ist, so ergibt der Schnittpunkt der Geraden a und b die niedrigste Drehzahl iav, welche beim Arbeiten der Hintermaschine mit gegebenem Felde als Energieumformer erreicht werden kann. Schaltet man dagegen die Hintermaschine für das Arbeiten als Frequenzwandler um, so verläuft ihre Spannungscharakteristik c parallel zur Abzissenachse, solange die an das Netz angelegte Seite des Spannungswandlers eine konstante Spannung hat. Der Schnittpunkt der Horizontalen c mit der Geraden a ergibt die dabei erreichte Drehzahl ne. Man sieht, daß durch diese Unischaltung die niedrigste erreichbare Drehzahl ne bedeutend nach unten verlegt, also der Regelungsbereich sehr wesentlich erweitert werden kann. Das Drehmoment wird dabei verringert, da der Frequenzwandler keine motorische Wirkung auf seine Welle ausübt. Die Umschaltung erweist sich daher als besonders vorteilhaft bei Antrieben, bei denen das Drehmoment stark mit der Drehzahl abnimmt, z. B. bei Ventilatoren, Schiffspropellern u. dgl.The slip ring tension a increases. As is known, it is linear with the slip, so that it is greatest when the rotor is at a standstill and zae disappears at a synchronous speed. The voltage b of the rear machine, when this works with a constant field as a motor, is proportional to the speed. Since the voltage a is the same as the voltage of the rear machine, the intersection of the straight lines a and b results in the lowest speed iav which can be achieved when the rear machine is working with a given field as an energy converter. If, on the other hand, the rear machine is switched over to work as a frequency converter, its voltage characteristic c runs parallel to the abscissa axis as long as the side of the voltage converter connected to the network has a constant voltage. The point of intersection of the horizontal c with the straight line a results in the speed ne achieved thereby. It can be seen that the lowest achievable speed ne shifted significantly downward by this unicircuit, so the control range can be expanded very significantly. The torque is reduced because the frequency converter has no motor effect on its shaft. Switching over is therefore particularly advantageous for drives in which the torque decreases sharply with the speed, e.g. B. with fans, ship propellers and the like.

Auch für den übersynchronen Drehzahlbereich wird die Hintermaschine mit Vorteil für das Arbeiten als Frequenzwandler umgeschaltet, weil dadurch eine wesentliche Entlastung, also bessere Ausnutzung des Motors und Erhöhung des nützlichen Drehmoments erzielt wird. Arbeitet nämlich die Hintermaschine als Energieumformer, so entnimmt sie beim Untersynchronismus die Schlupfenergie der Vordermaschine und wandelt diese in motorische Arbeit um, beim Übersynchronismus aber muß sie als Generator arbeiten, um der Vordermaschine die nötige Schlupfenergie zuzuführen, und das von der Welle auf sie ausgeübte Antriebsdrehmoment muß von dem nützlichen Drehmoment abgezogen werden, d. h. der Vordermotor muß ein stärkeres Drehmoment entwickeln. Wird dagegen die Hintermaschine beim Übersynchronismus auf den Frequenzwandlerbetrieb umgeschaltet, so entnimmt sie die .dem Vordermotor zuzuführende Schlupfenergie dem Netz und übt auf die Welle kein nennenswertes Drehmoment aus.The rear machine is also used for the oversynchronous speed range Switched with advantage for working as a frequency converter, because this is a substantial relief, so better utilization of the engine and increase of the useful Torque is achieved. If the rear machine works as an energy converter, so it takes the slip energy of the front machine and during sub-synchronism converts this into motor work, but with oversynchronism it must act as a generator work to supply the front machine with the necessary slip energy, and that of The drive torque exerted on the shaft must be derived from the useful torque deducted, d. H. the front engine must develop more torque. If, on the other hand, the rear machine is switched to frequency converter operation during oversynchronism switched, it takes the .dem front engine to be supplied slip energy from the Network and does not exert any significant torque on the shaft.

In welcher Schaltung die Hintermaschine als Energieumformer arbeitet, ist für die betreffende Erfindung nebensächlich, es kommen" vielmehr alle bekannten Schaltungen in Betracht, wobei die Hintermaschine mit der Vordermaschine mechanisch gekuppelt ist. Besonders einfach gestaltet sich die Umschaltung bei Hintermaschinen, die in der Energieumformerschaltung vom Netz aus über Schleifringe fremderregt sind, da in diesem Falle der Anschluß dieser Schleifringe auch bei der Umschaltung ohne Änderung bleibt.In which circuit the rear machine works as an energy converter, is irrelevant for the invention in question, "rather all known Circuits into consideration, the rear machine with the front machine mechanically is coupled. Switching is particularly easy with rear machines, which are externally excited in the energy converter circuit from the network via slip rings, because in this case the connection of these slip rings even when switching without Change remains.

Die Abib.2, 3 und 4 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Umschaltung gemäß der Erfindung, und zwar zeigen die Abb. 2 und 3 die beiden Schaltungen des Maschinensatzes je für sich, die Abb.4 zusammen mit dem dazu erforderlichen Umschalter. Der Übersichtlichkeit halber sind die Verbindungen für nur eine Phase gezeichnet. e bedeutet die an das Netz d angeschlossene Asynchronmaschine mit den Schleifringen f, g den Hintermotor mit der Ständerwicklung la, den Schleifringen j und den Bürsten i; l ist der- Regeltransformator und h ein Umschalter. In Abb. 2 ist die Schaltung für die Arbeit als energieumformende Hinterinaschine, in Alb. 3 als Frequenzwandler dargestellt. Im ersten Fall ist der Ständer der Hintermaschine an die Schleifringe der Hauptmaschine angeschlossen. Außerdem ist der Ständer der Hintermaschine mit dem Anker über die Bürsten i verbunden, ferner ist der Transformator i an die Schleifringe der Hauptmaschine angeschlossen und die Erregung wird von diesen aus dem Ständer der Hintermaschine zugeführt. Bei der Schaltung als Frequenzwandler nach Abb.3 sind die Kollektorbürsten i mit den Schleifringen f der Hauptmaschine verbunden. Der Transformator l ist nun an das Netz angeschlossen, und die Erregung wird dem Läufer der Hintermaschine über die Schleifringe j zugeführt.Abib.2, 3 and 4 illustrate an embodiment of the switchover according to the invention, namely Figs. 2 and 3 show the two circuits of the machine set individually, Fig.4 together with the switch required for this. For the sake of clarity, the connections are drawn for only one phase. e means the asynchronous machine connected to the network d with the slip rings f, g the rear motor with the stator winding la, the slip rings j and the brushes i; l is the regulating transformer and h is a changeover switch. In Fig. 2 the circuit for working as an energy-converting rear machine is in Alb. 3 shown as a frequency converter. In the first case, the stator of the rear machine is connected to the slip rings of the main machine. In addition, the stator of the rear machine is connected to the armature via the brushes i, furthermore the transformer i is connected to the slip rings of the main machine and the excitation is supplied from these from the stator of the rear machine. In the circuit as a frequency converter according to Fig. 3, the collector brushes i are connected to the slip rings f of the main machine. The transformer l is now connected to the network, and the excitation is fed to the rotor of the rear machine via the slip rings j.

In Abb. 4 ergibt die ausgezogene Stellung des Umschalters die Schaltung nach Abb. 2, die gestrichelte Stellung die Schaltung nach Abb. 3. Beim Umlegendes Schalters von der ausgezogenen in die gestrichelte Stellung werden unter Abschaltung der Ständerwickiung 1a die Kollektorbürsten i unmittelbar an den Rotor des Vordermotors, die Schleifringe j an den Regelkontakt des Transforinators L und dieser an das Netz umgelegt.In Fig. 4, the extended position of the switch results in the circuit according to Fig. 2, the dashed position the circuit according to Fig. 3. When the switch is flipped from the extended position to the dashed position, the collector brushes i are directly attached to the rotor, disconnecting the stator winding 1a of the front engine, the slip rings j to the control contact of the transformer L and this to the network.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Method for regulating asynchronous machines by means of mechanically coupled collector rear machines, characterized that one and the same rear machine, depending on the control area, acts as an energy converter or switched as a frequency converter.

2. The method according to claim z, characterized characterized that the collector rear machine for higher sub-synchronous speeds as an energy converter, but switched as a frequency converter for lower speeds wind.

3. The method according to claim T, characterized in that the collector rear machine for subsynchronous speeds as an energy converter, for oversynchronous speeds is switched as a frequency converter.

4. Device for executing the switchover according to claim> :, characterized by a rear machine, its stator winding switched off at the transition to the frequency converter circuit and its rotor on the net is laid.