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Anlaßvorrichtung für durch Vermittlung eines Synchronphasenumformers
gespeiste Induktionsmotoren. Die Erfindung betrifft eine AnlaBvorrichtung für Induktionsmotoren,
die aus dem Stromnetz durch Vermittlung eines Synchronphasenumformers gespeist werden,
so daß man durch Regelung der Erregung des Phasenumformers die Klemmenspannung des
:Motors der jeweiligen Belastung derart anpassen kann, daB der Leistungsfaktor im
Primärstromkreis des Phasenumformers im ganzen Belastungsbereich einen vorausbestimmten
Wert, z. B. den Einheitswert cos c) = i, erreicht. Bei derartigen bekannten Vorrichtungen
wurde das Steuerorgan, welches den AnlaBwiderstand steuert, z. B. ein Steuerschalter
oder Steuermotor,
derart unter die ZVirkung eines von der Belastung
des Motors beeintlußten Wattmessers und einer willkürlich veränderbaren Gegenkraft,
z. B. Feder, gestellt, daß der Ruhezustand des Steuerorgans durch das Gleichgewicht
der auf dasselbe entgegengesetzt wirkenden beiden Kräfte bestimmt ist.
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In Abb. i ist eine solche Steuereinrichtung schematisch dargestellt.
s ist ein Steuermotor, der den Anlaßwiderstand a des Indukti-)tismotors
m antreibt. Der Motor m wird a-as dem Synchronphasenumformer U gespeist,
dessen Primärwicklung p, z. B. einphasig und dessen Sekundärwicklung p. mehrpliasig
sein kann. Im Primärstromkreis p, des Phasenumformers ist eine hohe Selbstinduktion
j eingeschaltet, die die: Änderung der sekundären Klemmenspannung des Phasenumformers
bei gleichbleibender Primärspannung ermöglichen soll. p3 ist die Erregerwicklung
des Phasenumformers. Der Hebel b schließt, je nachdem er aus der in der Zeichnung
dargestellten Ruhestellung in dem einen oder anderen Sinne ausschlägt, die Kontakte
i oder a, wodurch der Steuermotor s des Anlaßwiderstandes in dem einen oder anderen
Sinne gedreht wird. Der Hebel b steht einerseits unter der Wirkung der Feder c,
die mittels des Bedienungsorgans, z. B. durch Verdrehung des Anlaßhebelsd, mehr
oder weniger gespannt werden kann, und anderseits unter der Gegenwirkung des Wattmessers
F, dessen auf dem Hebel b sitzende eine Spule, z. B. F" durch die Klemmenspannung
des Phasenumformers und die ortsfeste andere Spule Fx durch den Hauptstrom des Phasenumformers
durchflossen wird. Zwecks Anlassen des Motors wird durch Drehen des Anlaßhebels
d in der Pfeilrichtung die Federe gespannt, so daß der Hebel b ausschwingt und durch
Schließen des Kontaktes i den Steuermotor s in dem Sinne in Drehung setzt, daß der
Widerstand des Anlassers a des Motors in allmählich vermindert wird. Gleichzeitig
mit der Zunahme der Belastung des Motors schließt der Regelschalter I(, der mittels
des im Primärstromkreis des Phasenumformers U geschalteten Wattmessers F1 durch
die Belastung des Phasenumformers beherrscht wird, den Kontakt 3, wodurch der Hilfsmotors,
in dem Sinne in Drehung versetzt wird, daß er den Regel«zderstandal der Erregermaschine
ä des Phasenumformers U vermindert und dadurch die Erregung steigert. Infolgedessen
erfährt auch die Spannung des von dem Phasenumformer gespeisten Motors in gleichfalls
eine Erhöhung. Dabei muß man dafür sorgen, daß die Regelung der Erregung des Phasenumformers
der Belastungszunahme genügend schnell folgt, damit es nicht vorkommen kann, daß
bei zu schneller Verminderung des Anlaßwiderstandes a des Induktionsmotors' eine
Überlastung des Phasenuniformers eintritt, bevor noch die Erregung desselben einen
Wert erreicht hatte, bei welchem der Phasenumformer nicht aus der Phase fällt. Der
Phasenumformer besitzt nämlich eine von der Erregung abhängige Stabilität, d. h.
er fällt nicht aus der Phase, wenn die Belastung denjenigen höchsten Wert nicht
überschreitet, der seiner momentanen Erregung entspricht. Die Stabilität ist aber
bei geringen Erregungen, also in der Nähe des Leerlaufes, verhältnismäßig gering
und nimmt nur mit der Steigerung der Erregung allmählich zu. Die Synchronphasenumformer
werden nun oft mit einem verhältnismäßig kleinen Kurzschlußstrom ausgeführt, so
daß sie bei geringer Erregung eine sehr kleine Überlastungsfähigkeit besitzen. Durch
übermäßiges Anspannen der Feder c kann eine zu große Belastung hervorgerufen werden,
welche bei geringer Erregung das Außerschrittfallen des Phasenumformers zur Folge
haben kann. Die oben beschriebene bisher angewandte Regelungsvorrichtung trachtet,
die Überlastung, wenn sie einmal bereits eingetreten ist, durch nachträgliche Steigerung
der Erregung des Phasenumformers bzw. durch die hierdurch hervorgerufene Erhöhung
der Klemmenspannung des Induktionsmotors auszugleichen. Diese Regelungsweise ist
jedoch nicht zweckmäßig. Bei einer solchen bereits eingetretenen Überlastung, welche
den Stabilitätsbereich des Phasenumformers bei der momentanen Erregung überschritten
hat, kann nämlich die nachträgliche Steigerung der Spannung nicht mehr zur Herstellung
der Stabilität führen. Dies hat darin seine Ursache, daß bei einem gegebenen Widerstand
des Anlassers die Belastung mit dem Quadrat der Spannung zunimmt und infolgedessen
bei Erhöhung der Spannung die Belw:tung des Motors und des Phasenumformers in höherem
Grade steigt als der Stabilitätsbereich des Phasenumfonners, so daß unter diesen
Umständen die Steigerung der Erregung die Zunahme der Belastung niemals einzuholen
vermag.
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Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, die diesen Übelstand
beseitigt, indem verhindert wird, daß beim Anlassen des Induktionsmotors der Motor
und dementsprechend der Phasenumformer eine höhere Belastung erfährt, als der durch
den Phasenumformer dem Motor aufgedrückten jeweiligen Klemmenspannung bzw. der jeweiligen
Erregung des Phasenumformers entspricht. Infolgedessen kann der Phasenumformer nicht
über den seiner jeweiligen Erregung entsprechenden Stabilitätsbereich hinaus überlastet
werden und ist demnach nicht der Gefahr ausgesetzt, aus der Phase zu fallen.
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Die Erfindung beruht darauf, daß das
unter der Regelwirkung
eines die vom Motor bzw. vom Phasenumformer aufgenommene Belastung messenden Wattmessers
gestellte Steuerorgan außerdem noch unter die Wirkung einer nach Maßgabe der jeweiligen
Klemmenspannung des Motors selbsttätig veränderlichen Kraft gestellt ist.
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Zweckmäßig ist neben dieser nach Maßgabe der Klemmenspannung des Motors
selbsttätig veränderlichen noch eine in demselben Sinne wirkende, aber mittels eines
-zum Anlassen dienenden Bedienungsorgans willkürlich veränderbare Kraft vorzusehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dieser letzteren Anordnung schematisch
veranschaulicht.
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Gemäß dem in Abb. i dargestellten Beispiel ist die in ihrer Spannung
mittels des Anlaßhebels d veränderbare Feder c, welche dem auf den Steuerhebel b
wirkenden Wattmesser F entgegenwirkt, beibehalten worden, dabei ist aber ein auf
den Steuerhebel b gleichfalls dem Wattmesser F entgegenwirkendes Solenoid
lt vorgesehen, welches eine nach Maßgabe der Klemmenspannung des Motors m
selbsttätig veränderliche Kraft erzeugt. Zu diesem Zwecke ist die Spule des Solenoids
mittelbar oder unmittelbar von den Klemmen der Sekundärwicklung p2 des Phasenumformers
U gespeist. Es können aber beliebige Mittel verwendet werden, um die dem NVattmesser
F entgegenwirkende selbsttätig veränderliche Regelkraft von der jeweiligen Klemmenspannung
des Motors m in Abhängigkeit zu bringen. Diese Abhängigkeit muß nicht eine
solche sein, daß sich die Regelkraft proportional mit der Klemmenspannung ändert,
sondern es genügt, wenn sie bei Zunahme der Klemmenspannung bloß gleichfalls wächst
oder sich auch in entgegengesetztem Sinne mit den Änderungen der Klemmenspannung
ändert. Da der Umformer bei jeder Erregung einen gewissen Stabilitätsbereich hat,
der bei Zunahme der Erregung an Ausdehnung gewinnt, so muß die Änderung dererwähnten
Regelkraft der Änderung der Klemmenspannung auch der Größe nach nicht genau folgen,
sondern es kommt hauptsächlich darauf an, daß die Änderung der Regelkraft h mit
der Änderung der Klemmenspannung des Motors m zeitlich wesentlich zusammenfällt.
Selbstverständlich braucht das zeitliche Zusammenfallen nicht genau zu sein. Vielmehr
ist es vorteilhaft, wenn die Änderung der Regelkraft h der Änderung der Klemmenspannung
des Motors nacheilt, was- z. B. mittels Flüssigkeitsbremsen erzielt werden kann.
Obwohl es am zweckmäßigsten ist, die selbsttätig veränderliche Gegenkraft h unmittelbar
von der Klemmenspannung des Motors abzuleiten, läßt sie sich auch von irgendeinem
Organ in Abhängigkeit bringen, welches seinerseits in einem Abhängigkeitsverhältnis
zur Klemmenspannung des Motors steht, z. B. von der Stellung des Widerstandes a,
der Erregermaschine g des Phasenumformers. Da jedoch die Änderung der Klemmenspannung
des Motors den Änderungen des Regelwiderstandes a1 mit einer gewissen Trägheit folgt,
so muß, um dieser Trägheit Rechnung zu tragen, die durch eine Flüssigkeitsbremse
o. dgl. bewirkte Verzögerung der Änderung der Gegenkraft lt genügend groß bemessen
werden.
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Die jVirkung der selbsttätigen Regelkraft h geht aus Abb. a hervor,
in welcher die Ab-
szissenachse w die Belastung des Motors und die Ordinatenachse
p die auf den Steuerhebel b wirkenden Kräfte angeben. Die aus dem Nullpunkt des
Koordinatensystems ausgehende gerade Schaulinie f veranschaulicht den Zusammenhang
der vom Wattmesser-F auf den Steuerhebel b ausgeübten Kraft mit der Belastung des
Motors. NVürde man bei Abwesenheit der zusätzlichen selbsttätigen Regelkraft h der
Feder c die Spannung cl erteilen, so müßte die Belastung des Motors den Wert w,
erreichen, um der Wirkung des Wattmessers F das Gleichgewicht zu halten. Wirkt aber
auf den Steuerhebel b noch die zusätzliche Kraft h, so gestalten sich die Verhältnisse
wie folgt: Wenn die selbsttätige Spannungsreglung die Klemmenspannung des Motors
derart ändert, daß das Quadrat der Klemmenspannung proportional der jeweiligen Belastung
ist, oder so, daß der Leistungsfaktor im primären Stromkreise des Phasenumformers
im ganzen Belastungsbereich gleich eins (cos (p = r) sei, so nimmt die Spannung
und demnach auch die mit derselben proportional veränderliche zusätzliche Gegenkraft
h mit der Belastung gemäß der Schaulinie h (Abb. z) zu. Addiert man nun die Wirkung
der Kraft h und die Wirkung der Feder c, wie dies - durch die strichpunktierte Schaulinie
clt dargestellt ist, so gelangt der Wattmesser F mit der gemeinschaftlichen Wirkung
ei +lz, des Spannungswertes cl der Feder c und dem Werte lt" der Regelkraft h bei
dem Werte tt>> der Belastung in Gleichgewicht, bzw. es hat die Feder für den Wert
w, der Belastung bloß den Wert cl' zu erhalten, um mit dem Wert h,' der Gegenkraft
h zusammen dem Wattmesser F bei der Belastung w, das Gleichgewicht zu halten. Hieraus
geht hervor, daß man mit einer bedeutend schwächeren Feder c auskommen kann. Infolgedessen
kann man die Feder c so schwach bemessen, daß selbst, wenn man mittels des Anlaßhebels
d der Feder c gleich am Anfang des Anlassens ihre größte Spannung erteilen würde,
die dieser
Federspannung das Gleichgewicht haltende Belastung des
Motors bzw. des Phasenumformers innerhalb des Stabilitätsbereiches des Phasenumformers
fällt. Der Phasenumformer kann also auch bei plötzlicher Einschaltung der größten
Spannung der Feder c und der durch diese bedingten Belastung des Phasenumformers
nicht aus der Phase fallen. Der Phasenumformer bleibt demnach auch bei plötzlicher
-Einschaltung der ganzen Federspannung in der Phase, wobei die Erregung des Phasenumformers
und infolgedessen auch die Klemmenspannung des Motors allmählich selbsttätig zunimmt.
Infolge dieser Zunahme der Klemmenspannung wächst aber auch die Regelkraft h, welche
die Spannung der Feder c unterstützt, und läßt denjenigen Wert der Belastung w,
der der vereinten Wirkung der Spannung der Feder c und der zusätzlichen Regelkraft
h das Gleichgewicht hält, allmählich steigen. Die Steigerung der Regelkraft lt schreitet
so lange fort, bis die Belastung denjenigen Höchstwert erreicht hat, der der Spannung
der Feder c und dem durch diese bedingten Höchstwert der zusätzlichen Erregerkraft
1z entspricht.
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Der erreichbare Höchstwert der Belastung wird in diesem Falle durch
zwei Größen bestimmt, erstens durch eine mittels des Anlaßhebels willkürlich veränderbare
Kraft (z. B. die Spannung der Feder c) und zweitens durch die nach Maßgabe der jeweiligen
Klemmenspannung des Motors sich selbsttätig ändernde zusätzliche Regelkraft h.
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Um den Höchstwert der Belastung ändern zu können, kann man entweder
die Spannung der Feder oder den Anfangswert der mit der Klemmenspannung sich selbsttätig
ändernden Regelkraft oder aber beide Größen willkürlich ändern. In der Zeichnung
ist der erste Fall dargestellt worden, bei dem der Anlaßhebel d die Spannung der
Feder c beeinflußt. Man könnte aber mittels des Anlaßhebels d bei unveränderter
Spannung der Feder c z. B. die Größe eines in den Stromkreis des Solenoids h geschalteten
Widerstandes oder einer Impedanz oder aber die Anzahl der Windungen des Solenoids
ändern. Der Anlaßhebel d kann aber auch derart eingerichtet sein, daß derselbe sowohl
die Spannung der Feder c als auch die Stärke des Solenoids ändert.
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Selbstverständlich dient die Feder c bloß als Beispiel und kann durch
eine beliebige Kraft, z. B. ein Gewicht, ersetzt werden.
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Wie bereits eingangs erwähnt, kann die Feder c auch gänzlich fortfallen,
wenn der Steuerhebel b oder das gleichwertige Steuerglied derart beschaffen ist,
daß es im Ruhezustand, wenn also auf dasselbe weder der Wattmesser F noch die demselben
entgegenwirkende Regelkraft lt einwirkt, in der den Anlaßwiderstand vermindernden
Lage verharrt. -