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Einrichtung zur Kompoundierung von Drehstrommotoren, deren Drehzahl
durch eine von einem Gleichstromfeld oder von mehreren solchen Feldern beeinflußte
Spannung im induzierten Stromkreis bestimmt wird. Es ist unter Umständen notwendig,
Drehstromantrieben, deren Drehzahl durch Gleichstromfelder bestimmt ist, z. B. Gleichstrom-Krämersätzen
und elektrisch-mechanischen Kaskaden, eine abfallende Charakteristik zu geben, damit
man z. B. Schwungmassen bei starken Belastungsstößen zur Wirkung bringen oder bei
#"erwendung dieser Maschinen zum Antrieb von Umformern bei Netzkupplungen Perioden-
und Spannungsschwankungen in den Netzen begegnen kann. Das einfachste zu -diesem
Ziel führende Mittel, die Aufbrinbung einer Kompoundwicklung auf die das R e-elfeld
erzeugende Wicklung, ist in manchen Fällen nicht anwendbar. Es sind häufig nur Gleichströme
zur Verfügung, die in nicht genau proportionalem Verhältnis zur Drehstrombelastung
stehen. Werden solche Gleichströme zur Kompoundierung herangezogen, so werden zwar
die von ihnen durchflossenen Teile des Antriebs vor Überlastungen geschützt; es
wird aber nicht zwangläuflg erreicht, daß auch die vom Drehstrom durchflossenen
Maschinenteile keine Überlastungen erleiden. Man mußte aus diesem Grunde zu einer
unmittelbaren Beeinflussung des Regelfeldes durch den Drehstrom oder durch seine
Leistung greifen. Auch solche Anordnungen sind bekannt; sie erreichen eine Veränderung
des Regelfeldes durch Veränderung des Widerstandes im erregenden Stromkreis mit
Hilfe eines von einem Stromwandler im Drehstromkreis beeinflußten, mechanisch bewegten
Reglers (Trägregler, Eilregler, Schnellregler). Solche Anordnungen haben aber grundlegende
Nachteile. Durch die Einführung eines mechanischen Zwischengliedes wird die Schnelligkeit
der Regelwirkung von der Beschleunigung der Massen abhängig gemacht. Bei schnell
anwachsenden Überlastungen sind dann die Regelzeiten zu groß, als daß starke Drehstromstöße
vermieden würden, welche die üblichen Sicherheitsapparate der Anlage zum Ansprechen
bringen. Ferner sind solche Apparate stets mit Kontakten ausgerüstet, die einem
Verschleiß unterworfen sind und die stets eine Ursache für Betriebsstörungen sein
werden.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß das
drehzahlbestimmende Gleichstromfeld oder mehrere solche Feldei zur Erzielung einer
abfallenden Charakteristik bei Drehstromantrieben durch elektrische oder elektrömagnetische
Beeinflussung vom Belastungsstrom verändert werden.
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Diese elektrische oder elektromagnetische Beeinflussung kann über
eine gleichrichtende Vorrichtung und außerdem über einen Transformator erfolgen.
Die gleichrichtende Vorrichtung kann mit der das drehzahlbestimmende: Feld erregenden
Gleichstromwicklung in Reihe geschaltet sein. Das drehzahlbestimmende Feld kann
auch von einer besonderen, durch die gleichrichtende Vorrichtung gespeiste Wicklung
beeinflußt werden oder von einem Strom erzeugt werden, dessen Spannung in d-r angegebenen
Weise beeinflußt wird.
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Der umgeformte, von der Belastung abhängige Strom (bzw. Spannung)
kann eine Vorrichtung mit Stromübergang im luftverdünnten Raum beeinflussen, welche
das drehzahlbestimmende Feld verändert.
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Die Wirkung der wandelnden oder der gleichrichtenden Vorrichtung kann
durch Regler einstellbar gemacht werden, gegebenenfalls zwangläufig mit der Einstellung
des drehzahlbestimmenden Feldes von anderer S°ite her.
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Abb. i stellt ein Beispiel einer Anordnung nach der Erfindung dar
und betrifft einen mit dem Induktionsmotor elektrisch gekuppelten Gleichstromregelsatz.
i ist der Hauptmotor; seine Welle trägt ein Schwungrad 2,
dessen
Massen bei Belastungsstößen zur Wirkung gebracht werden sollen. Der Ständer des
Motors i liegt am Netz 3; an seine Schleifringe ist ein Einankerumformer q. angeschlossen,
dessen Gleichstromseite auf eine Gleich-Strommaschine 5 arbeitet, die wieder mit
einer Synchronmaschine 6 mechanisch gekuppelt ist. Diese Maschine 6 gibt die vom
Einankerumformei q. auf die Maschine 5 übertragene Schlupfleistung des Hauptmotors
i an das Netz 3 zurück. Die Maschine 5 und der Einankerumformer 4. werden vom Gleichstromnetz
; erregt. Die zwischen q. und 5 übertragene Leistung, d. h. die Drehzahl des Motors
i, ist also durch die Größe des Erregerfeldes der Maschine 5 bestimmt und kann,
wie gewöhnlich, mit dem Regler 8 eingestellt werden. Sollen die Schwungmassen z
zur Wirkung gebracht werden, so muß das Feld der Maschine 5 in Abhängigkeit von
der Belastung verstärkt werden. Würde dies durch eine Kompoundwicklung versucht
werden, die von dem zwischen der Maschine 4: und 5 fließenden Gleichstrom durchflossen
wird, so würde die Kompoundierungswirkung nur von diesem Gleichstrom abhängig sein.
Dieser Gleichstrom ist aber dem Belastungsdrehstrom des Motors nicht verhältnisgleich,
da der Einankerumformer bei allen Geschwindigkeitsänderungen (d. h. bei Beschleunigungs-
oder Verzögerungswirkung) Beschleunigungsarbeit aufnimmt oder Verzögerungsarbeit
abgibt, und dieser Leistungsbetrag eine Differenz zwischen der Gleichstrom- und
der Drehstromleistung bedingt.
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Eine einwandfreie Kompoundierung des Antriebes kann aber dadurch erreicht
werden, daß ein Umformer 9 gleichstromseitig mit der Erregerwicklung der Maschine
5 in Reihe geschaltet wird. Wechselstromseitig wird dieser Gleichrichter von den
sekundären Klemmen eines Stromwandlers io gespeist, der in der Drelistromzuleitung
der Maschine i liegt und daher den Belastungsgrad dieser Maschine mißt. An Stelle
dieses Stromwandlers i o kann zur Ausschaltung einer Beeinflussung durch den Leistungsfaktor
ein Leistungswandler treten, wie er in der Abbildung gestrichelt eingezeichnet ist.
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Durch den Umformer 9 wird der Erregerwicklung der Maschine 5 eine
zusätzliche Erregerspannung zugeführt, die mit der Belasteng des Motors i steigt
und fällt. Bei Belastungsstößen wird also das Feld der Maschine 5 auf elektrischem
oder magnetischem Wege unmittelbar verstärkt, und diese Verstärkung erzwingt in
kürzester Zeit ein Sinken der Belastung der Maschine i, ein Abfallen ihrer Drehzahl
und damit die Ausnutzung der Schwungmassen z. An Stelle des Einphasentransformators
io kann auch ein Drehstromwandler treten und der Umformer 9 ebenfalls für Drehstrom
ausgebildet werden.
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Abb. z zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel der Erfindung auf eine
elektrisch-mechanische Kaskade. Die Kaskade besteht aus einer Drehstrommaschine
i i mit umlaufendem Ständer, die mit einer auf eine Maschine 13 arbeitenden Gleichstrommaschine
12 gekuppelt ist. Die Maschine 13 ist mit der Antriebswelle des Motors i i gekuppelt,
die gleichzeitig die Schwungmassen 14 trägt. Die Einrichtung dient zur Parallelpufferung.
Die Pufferwirkung; durch Drehzahlabfall könnte in bekannter Weise durch Verstärkung
der Erregung i der Maschine 13 erreicht werden. Da die Verstärkung nach der Erfindung
in Abhängigkeit von der Netzbelastung erfolgen muß, so ist auf die Maschine 13 eine
zweite Wicklung aufgebracht, die an den Elektroden eines Elektronenapparates liegt.
Das Sperrgitter dieser Röhre 14 liegt über eine gleichrichtende Ventilröhre r5 an
der einen Klemme eines Transformators 16, der primärseitig vom gesamten Netzstrom
durchflossen wird. Die andere sekundäre Klemme des Transformators 16 liegt an der
Glühkathode der Röhre 14. Steigt die Belastung, so werden Spannungen erzeugt, die
in der Ventilröhre gleichgerichtet und dem Gitter der Röhre 1,4 zugeführt werden.
Je größer diese Spannungen sind, desto größer wird der durch die Röhre i.1 fließende
Strom 17 der Batterie. Dieser verstärkt durch die ZusatzerregerwicklungdaS Gesamtfeld
der Maschine 13, zwingt den ganzen Antrieb zu niedrigerer Drehzahl und veranlaßt
eine Abgabe der Energie des Schwungrades 14 durch die Drehstrommaschine i i an das
Netz zum Ausgleich der durch den Reihentransformator 16 gemessenen Belastungsstärken.
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Die beschriebene Anordnung mit den Zwischenapparaten (Gleichrichter
und Elektronenröhren) dient nur als Beispiel; an deren Stelle können beliebige Apparate
treten, die zur unmittelbaren elektromagnetischen Vermittlung der Kompoundierungswirkung
geeignet sind. Die mechanischen Gleichrichter müssen stets synchron laufen. Da der
synchrone Lauf durch die Wechselstromzuführung bei geringen Belastungen, d. h. bei
geringer Stromlieferung des speisenden Reihenschloßtransformators, nicht aufrechterhalten
wird, so muß der mechanische Gleichrichter zum vollständig synchronen Lauf mit dem
speisenden Drehstrom gezwungen werden. Zweckmäßig geschieht dies durch Kupplung
mit einer bereits im Maschinensatz vorhandenen synchron laufenden Welle, wie in
Abb. i dargestellt ist.
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Das drehzahlbestimmende Gleichstromfeld --kann vom Umformer oder der
Elektronenröhre auf verschiedene Weise beeinflußt werden.
Abb. 3
stellt die bereits in Abb. i enthaltene einfachste Art dar. Von einem Transformator
18 wird ein Umformer i 9 beeinflußt, der mit der drehzahlbestimmenden Feldwicklung
20 in Reihe geschaltet ist. Die Stärke der Kompoundierung kann durch einen Regler
21 im Wandlerstromkreis eingestellt werden. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß
die Kompoundierungswirkung von der Stellung des stets vorhandenen Feldreglers 22
abhängig ist. Die an den Bürsten des Umformers i 9 auftretenden Spannungen erzeugen
in der Wicklung 2o einen zusätzlichen Strom, der vom gesamten Widerstand dieses
Stromkreises abhängig ist. Je nach der Einstellung des Reglers 22 wird also dieser
Widerstand größer oder kleiner und verändert dementsprechend die Größe des kompoundierenden
Zusatzstromes. Die Kompoundierungswirkung bleibt also nicht gleich. Infolgedessen
müßte die Kompoundierungswirkung in Abhängigkeit von der Stellung des Reglers 22
geregelt «-erden, was z. B. durch zwangläufige Verstellung des Reglers 21 mit dem
Regler 22 erreicht werden könnte.
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Ein anderes Mittel, die Kompoundierungswirkung von der tatsächlichen
Größe des drehzahlbestimmenden Feldes unabhängig zu machen, zeigt Abb. 4. Dort ist
auf die drehzahlbestimmende Gleichstrommaschine 23 außer der gewöhnlichen Erregerwicklung
24 noch eine Hilfserregerwicklung 25 aufgebracht. Das durch die Wicklung 24 hervorgebrachte
Feld wird, wie gewöhnlich, durch den Regler 26 eingestellt. Die Wicklung 23 erhält
ihre Spannung elektrisch vollkommen getrennt über den Umformer 27 vom Transformator
28; diese Spannung kann durch einen Regler 29 eingestellt werden. Das die Kompoundierung
bewirkende Feld der Wicklung 25 ist hier völlig unabhängig von der Einstellung des
Reglers 26, d. h. von der tatsächlichen Größe des drehzahlbestimmenden Gleichstromfeldes
der Maschine 23.
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In manchen Fällen ist es nicht möglich, der die Drehzahl bestimmenden
Maschine zwei Wicklungen zu geben. In diesem Falle wird die Regelung nach der Erfindung
durch die Einrichtung nach Abb.5 erreicht. 30 ist die drehzahlbestimmende
Maschine, deren Erregerwicklung durch eine besondere Maschine 31 gespeist wird.
Diese hat nun zwei Wicklungen, die in gleicher Weise wie die Wicklungen der Maschine
23 in Abb. 4 geschaltet sind. Das drehzahlbestimmende Feld wird also durch den Strom
einer Maschine erzeugt, deren Feld sich aus den beiden Komponenten, gewöhnliche
Erregung und Kompoünderregung, zusammensetzt. ' In sämtlichen kompoundierten Erregerkreisen
nach den Abb. 3" ¢ und 5 können Schnellerregungswirkungen, in bekannter Weise, z.
B. durch Einschalten von Widerständen, erreicht werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf alle Drehstrommaschinen, deren Drehzahl
durch eine von einem oder mehreren Gleichstromfeldern beeinflußte Spannung im induzierten
Stromkreis bestimmt wird.