DE407194C - Verfahren zur Erregung von Kommutatormaschinen, die mit Induktionsmotoren in Kaskade geschaltet sind - Google Patents

Verfahren zur Erregung von Kommutatormaschinen, die mit Induktionsmotoren in Kaskade geschaltet sind

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DE407194C
DE407194C DEA35119D DEA0035119D DE407194C DE 407194 C DE407194 C DE 407194C DE A35119 D DEA35119 D DE A35119D DE A0035119 D DEA0035119 D DE A0035119D DE 407194 C DE407194 C DE 407194C
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induction motor
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/34Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter
    • H02K17/38Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter with a commutator machine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

  • Verfahren zur Erregung von Kommutatormaschinen, die mit Induktionsmotoren in Kaskade geschaltet sind. Es ist bekannt, eine aus Induktionsmotor und Kommutatornebenschlußmaschine bestehende Kaskade bei synchroner Drehzahl arbeiten zu lassen, indem man die Erregerwicklung der -Kommutatormaschine durch einen vom Netz aus gespeisten Frequenzumformer erregt, der mit dem Hauptmotor synchron läuft. Es ist ferner bekannt, bei vom Synchronismus abweichenden Drehzahlen die Erregung der Kommutatormaschine entweder vom Frequenzumformer oder von der Schleifringseite des Induktionsmotors aus oder aber von beiden in Reihenschaltung zu speisen. Letztere Schaltung bietet vor den anderen wesentliche Vorteile. Soll nämlich der Hauptmotor bei einer beliebigen Einstellung der Regelung (welcher also eine bestimmte Leerlaufdrehzahl entspricht) bei Belastung gleich günstig arbeiten, wie bei Leerlauf, so müssen Größe und Phase des Nebenschlußfeldes dabei annähernd konstant bleiben. Für jede Belastung stellt sich dann aber eine andere Drehzahl und Frequenz im Rotorkreis ein, d. h. bei Belastungsänderung wechselt die Frequenz und damit auch das Verhältnis von Widerstand zur Reaktanz im Erregerkreis. Die Phase des Erregerfeldes kann also, solange nur eine Spannung konstanter Phase die Erregung speist, nicht konstant gehalten werden. Nach Phase und Größe konstanter Erregerstrom wird aber erreicht, wenn die Erregerwicklung : un zwei Spannungen in Reihe gespeist wird, deren eine, mit dem Strom in Phase, dem Ohinschen Abfall dieses Stromes gleich und von der Drehzahl unabhängig ist, während die andere, dem Strom um go ° voreilend, der Schlupffrequenz proportional und so groß ist, daß sie bei jeder Drehzahl den induktiven Abfall deckt. Die erste Bedingung erfüllt die richtig bemessene Spannung des Frequenzumformers, die zweite Bedingung die richtig transformierte Schleifringspannung. Bei Reihenschaltung beider Spannungen kann also erreicht werden, daß der einmal eingestellte Erregerstrom bei beliebiger Änderung der Drehzahl seine Größe und Phase beibehält.
  • Es ist ferner bekannt, eine Kompoundierung des Aggregates dadurch zu erreichen, daß durch einen Serientransformator in den Erregerstromkreis der Kollektormaschine eine dem Rotorstrom der Kaskade und der Schlupffrequenz proportionale Spannung eingeführt wird. Es ist schließlich bekannt, Phasenkompensation des Hauptmotors dadurch zu erreichen, daß die Rotationspannung der Kommutatormaschine nicht genau in Gegenphase zur Schleifringspannung, sondern um einen bestimmten Winkel dagegen phasenverschoben eingestellt wird, indem der Erregung von den Schleifringen her außer der Spannung, die eine in Gegenphase zur Schleifringspannung befindliche Rotationspannung bewirken würde, eine dagegen um go'' verschobene Spannung zugeführt wird. Diese beiden letzten Schaltungen versagen aber bei Synchronismus, da dann sowohl SchleifringsFannung als Schlupffrequenz gleich Null sind. Die für Kompoundierung und Phasenkompensation erforderlichen zusätzlichen Erregerströme verlangen bei Synchronismus zwar keine induktive Erregerspannung, r @,hl aber eine Spannung zur Überwindung ihres Ohmschen Abfalls, die jedoch nicht vorhanden ist.
  • Zweck der Erfindung ist nun, auch bei Synchronismus Kompoundierung und Phasenkompensation zu ermöglichen, indem die zur Überwindung des Ohmschen Abfalls der zusätzlichen Erregerströme notwendigen Spannungen über den Frequenzumformer zugeführt werden, und zwar dadurch, daß entsprechend den im niederfrequenten Erregerkreis vc m Rotorstrom und von der Potorspannung des Induktionsmotors induzierten Spannungen gleichzeitig im hochfrequenten Erregerkreis (zwischen Frequenzumformer und Netz) vom Primärstrom oder von der Primärspannung des Induktionsmütors oder von beiden Größen Spannungen induziert werden, die sich genau oder angenähert zu den sekundär induzierten Spannungen verhalten wie der OhmscheWiderstand zum induktivenWiderstand des Erregerkreises. Wird außerdem dafür gesorgt, daß die im hochfrequenten Kreis induzierten Spannungen, die durch den Frequenzumformer in gleicher Größe auf den niederfrequenten Kreis transformiert werden, hier gegen die unmittelbar im niederfrequenten Kreis induzierten Spannungen etwa go - nacheilen, so ist auch für die durch Kompoundierung und Phasenkompensation erforderten zusätzlichen Erregerströme die Bedingung erfüllt, daß bei jeder Schlupffrequenz, auch bei Frequenz 1u11, der Ohmsche Abfall über den Frequenzumformer und der induktive Abfall von den Schleifringen aus gedeckt wird. Während z. B. ein im niederfrequenten Kreis eingeschalteter Serientransformator mit hohem magnetischen Widerstand, der primär vom Rotorstrom durchflossen ist und sekundär in Reihe zur Erregerwicklung liegt, in dieser eine Spannung induziert, die dem Rotorstrom und der Schlupffrequenz Iroportional ist, wird durch einen im hochfrequenten Kreis (konstante Frequenz) liegenden Serientransformator, der primär vom primären Strom des Induktionsmotors durchflossen ist und sekundär in Reihe zum Frequenzumformer liegt, eine nur dem primären Strom der Kaskade proportionale Spannung in. den Erregerkreis eingeführt.
  • Die Schaltung sei an Hand des Ausführungsbeispiels nach Abb. i näher erläutert. Dort bedeutet i ein Dreiphasennetz, -a den Induktionsmotor (Vordermotor der Kaskade), 3 die Kollektormaschine (Hintermotor der Kaskade), .4 einen Frequenzumformer, welcher über den Transformator 5 vom Netz i gespeist wird; ferner bedeuten 6 die Schleifringe des Induktionsmotors 2, 7 die Erregerwicklung der Kollektor. maschine 3, 8 die Kompensationswicklung der Kollektormaschine 3, g die Schleifringe des Frequenzumformers q., io den Kollektor des Frequenzumformers q., 11 den KcmI( undtransf, rmator im sekundären Stromkreis, 12 einen Kompoundtransformator im primären Stromkreis, 13 den Erregertransformator, an dessen Stelle auch eine von der Spannung der Schleifringe 6 aus erregte Erregermaschine treten könnte.
  • Der Antrieb des Frequenzumfc;rmers erfolgt vorteilhaft von dem Induktionsmotor aus, weil seine Sekundarfrequenz stets mit der Schlüpffrequenz übereinstimmen soll. Die Erregerwicklung 7 der Kollektormaschine wird von dem an die Schleifringe 6 angeschlossenen Erregertransformator 13, gleichzeitig aber auch von dem Frequenzumformer 4. gespeist. In den durch 13, 7 und 4 gebildeten Erregerkreis wird durch den Kompoundtransformator ii eine dem Rotorstrom und der Rotorfrequenz proportionale Spannung eingefügt. Der Kcmpoundtransformator ii ist primär vom Rotorstrom der Kollektormaschine 3 durchflossen. Um nun die Kompoundierung auch im Synchronismus und in dessen Nähe wirksam zu erhalten, sind erfindungsgemäß in Abb. i in dem am primären Netz liegenden Stromkreis des Frequenzumformers Spannungen eingefügt, welche sich zu der vom Rotorstrom des Induktionsmotors im niederfrequenten Erregerkreis induzierten SFannung verhalten, wie der Ohmsche U'iderstand des gesamten Erregerkreises zu seinem induktiven Widerstand. Da nun, wie bereits erwähnt, die vom Kompoundtransformator ii im Rotorkreis eingefügte Spannnung proporticnal dem Rotorstrom und der Rotorfrequenz ist, so muß die im primären Kreis einzufügende Spannung allein dem Rotorstrom proportional sein. In dem in der Abb. i dargestellten Falle ist demnach zur Deckung der Ohmschen Verluste der Kompoundtransformator 12 vorgesehen, dessen Primärstrom der Primärstrom des Induktionsmotors ist, wobei zu beachten ist, daß dieser Primärstrom annähernd proportional dem Rotorstrom des Motors ist. Der Transformator 5 und der Kompoundtransformator 12 sind gewissermaßen das verkleinerte Spiegelbild des Transformators 13 und des Kompoundtransformators ii.
  • Gleiche Überlegung gilt für die zum Zweck der Phasenkompensation einzuführende Spannung. Vorausgesetzt ist dabei, daß der primäre Strom des Induktionsmotors dem sekundären entgegengesetzt gleich sei, und daß die primäre Spannung gleich der sekundären, dividiert durch den Schlupf, sei. Beide Annahmen stimmen nicht genau. Der Primärstrom unterscheidet sich vom sekundären Strom um den 1lagnetisierungstrom. Da im niederfrequenten Kreis eine dem Sekundärstrom. und der Schlupffrequenz proportionale Spannung eingeführt wird, sollte im hochfrequenten Kreis eine nur dem Sekundärstrom proportionale Spannung eingeführt.werden. Die wirklich eingeführte SFannung, die dein Primärstrom proportional ist, unterscheidet sich also von der verlangten Spannung um einen konstanten Betrag, und dieser Betrag kann nötigenfalls durch einen '; ebenschlußtransformator eingeführt werden, der priniär an der Netzspannung, sekundär in Reihe zum hochfrequenten Kreis des Frequenzümformers liegt. Bei der zum Zweck der Phasen-Kompensation eingeführten Spannung wird der Unterschied zwischen Primär- und Sekundärspannung durch den dem Strom proportionalen Spannungsabfall im Induktionsmotor bewirkt; dieser Unterschied kann somit durch eine dein Strom des Induktionsmotors proportionale Spannung im hochfrequenten Kreis des Frequenzumformers ausgeglichen werden.
  • In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der Phasenkompensation dargestellt. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Abb. i. Ferner stellt 14 einen F.ilfstränsformater dar, welcher in den aus rd, 7 und 4. gebildeten Erregerkreis eine der Schlüpfspannung und der Schlüpffrequenz proportionale Spannung einfügt, deren Phase so gewählt ist, daß sie zur Kompensation der primären Phasenverschiebung des Induktionsmotors dient. Diese Spannung ist aber im Synchronismus gleich Null: sie allein wäre also nicht imstande, die Phasenkompensation im Synchronismus aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck wird wieder in den Primärkreis des Frequenzumformers eine Spannung eingefügt, die sich zu der im Sekundärkreis vom Transformator 14 induzierten, auf Phasenkompensation wirkenden Spannung verhält wie der Ohmsche Widerstand des Erregerkreises zum induktiven Widerstand dieses Kreises. Da nun die im Transformator 14 induzierte Spannung nur der Schlupffrequenz proportional ist, muß die erfindungsgemäß in den Primärkreis des I#requenzumformers einzufügende Spannung konstant und unabhängig von der Schlupffrequenz sein. Ferner muß ihre Phase gegenüber der dem Frequenzumformer zugeführten Hauptspannung des Transformators ebenso verschoben sein wie die Phase der Hilfsspannung des Transformators 14. gegenüber der 1?rregerspannung des Transformators 13. Diese primär zugeführte Hilfsspannung kann z. B. dadurch gewännen werden, daß auf den Schenkel des Transformators 5 Zusatzspulen 15 angebracht sind, die so in Zickzack geschaltet sind, daß die gewollte Größe und Phase der Zusatzspannung erreicht wird. Bei dieser Schaltung (leckt die primäre Zusatzspannung den Ohmsehen Abfall des die Phasenkompensation bewirkenden Erregerstromes, der also auch im Synchr@-,nismtis erhalten bleibt. Zum Ausgleich des Phasenunterschiedes der Primärspannung von der Sekundärspannung dient der Hilfskompoundtransformator 16, dessen Sekundärspannung proportional dem Belastungsstrom der Kaskade ist. Bei Leerlauf ist der Phasenunterschied der beiden Spannungen nahezu gleich Null; er wächst mit der Belastung. Aus diesem Grunde ist der Hilfskom-1 oundtransformator 16 zum Ausgleich dieses Phasenunterschiedes für die im Erregerkreis wirkenden Spannungen. geeignet, und ihm fällt daher bei dieser Einrichtung eine andere Rolle zii als dem Transformator 72 in Abb. i.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erregung von Kommutatormaschinen, die mit Induktionsmotoren in Kaskade geschaltet sind und deren Erregerwicklung in Reihe von der Schleifringspannung des Induktionsmotors und von der Sekundärspannung eines primär am Netz liegenden Frequenzumformers gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Transformators in dem am primären Netz liegenden Stromkreis des Frequenzumformers vom primären Strom oder von der primären Spannung des Induktionsmotors oder von beiden Größen Spannungen induziert werden, welche sich zu den vom Rotorstrom und von der Rotorspannung des Induktionsmotors im niederfrequenten Erregerkreis in bekannter Weise induzierten Spannungen genau oder angenähert verhalten wie der Ohmsche Widerstand des gesamten Erregerkreises zum induktiven Widerstand dieses Kreises. a. Einrichtung zur Erregung von Kominutatorniaschinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Spannung, die vom primären Strom in dem am primären Netz liegenden Stromkreis des Fre-<luenzumformers induziert wird, zum Ausgleich des durch den 3lagnetisierungstrom bewirkten Größenunterschiedes zwischen primärem Strom und Rotorstrom eine konstante Spannung hinzugefügt wird. .3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zu der von der primären Spannung des Induktionsmotors in dem primären Kreis des Frequenzumformers induzierten Shanming zum Ausgleich des durch den Spannungsabfall in dem Induktionsmotor bewirkten Unterschiedes zwischen Primärspannung und Rotorspannung eine dem primären Strom proportionale Spannung hinzugefügt wird.
DEA35119D 1921-03-22 1921-03-22 Verfahren zur Erregung von Kommutatormaschinen, die mit Induktionsmotoren in Kaskade geschaltet sind Expired DE407194C (de)

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