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Sicherheitseinrichtung zur Verhütung unzulässiger Betriebszustände
bei Kaskadenschaltung von Asynchronmotoren mit Kommutatorhintermaschinen. Die Kaslcadenschaltungen
von Asynchronmotoren bestehen aus einem asynchronen Hauptmotor und Hintermaschinen
oder Gleichrichtern; ihr grundsätzlicher Aufbau bedingt einen sehr kleinen Widerstand.
Diese Eigenschaft- macht solche Anordnungen bei irgendwelchen unvorhergesehenen
Betriebsbedingungen besonders anfällig für unzulässige Betriebszustände, welche
die Maschine an irgendeiner Stelle gefährden können. Sinkt z. B. bei einer Kaskade
die Drehzahl des Vordermotors, so treten im Sekundär-und Primärstromkreis außerordentlich
hohe Stromstärken auf, die durch die vergrößerte Schlupfspannung hervorgerufen werden.
Läuft eine Kaskade um ein beträchtliches von der synchronen Drehzahl entfernt, und
tritt an den Maschinen oder Apparaten des Sekundärstromkreises eine Störung ein,
wodurch die regelnde Drehzahlspannung verschwindet, so ist abermals eine außerordentlich
hohe Stromstärke die Folge, da -die der Schlupfspannung das Gleichgewicht haltende
elektromotorische Kraft fehlt. Ferner bestehen bei vielen Kaskadenanordnungen geschlossene
elektromagnetische Kreise, also solche, die die Möglichkeit zur Selbsterregung geben.
Ganz abgesehen davon, ob diese Selbsterregung gefordert oder unerwünscht ist, besteht
bei solchen Schaltungen stets die Gefahr, daß zu hohe Spannungen oder Ströme im
Selbsterregerstromkreis auftreten können.
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Die Größe aller dieser Gefahren ist von der Größe des Widerstandes
im Stromkreis der Kaskade abhängig.
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Nach der Erfindung sollen nun diese gefährlichen Betriebszustände
dadurch unterdrückt werden, daß der Widerstand in den Stromkreisen der Kaskade beim
Auftreten dieser Zustände selbsttätig vergrößert wird. Die Vergrößerung des Widerstandes
- unter dem natürlich der scheinbare Widerstand verstanden ist - kann durch Zuschaltung
von Ohmschem Widerstand oder von Selbstinduktion erreicht werden. Die selbsttätige
Auslösung dieser Zuschaltung erfolgt dann z. B. durcheineVorrichtung, diein,Abhängigkeitvon
elektrischen Größen der Kaskadenstromkreise in bekannter Weise anspricht. Je nach
der Form der Kaskade müssen Art und Ort diese:-Einrichtungen so gewählt werden,
daß sie füidie zu erwartenden gefährlichen Betriebszustände einen Maßstab bilden;
z. B. kann die selbsttätige Auslösung in Abhängigkeit vom Strom, von der Spannung,
vom Leistungsfaktor, von der Frequenz usw. erfolgen.
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Die Zuschaltung der Widerstände kann auch durch Vorrichtungen ausgelöst
werden, die die Betriebszustände der Kaskade beeinflussen, z. B. Schalter, Relais,
Regler usw.
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Besonders einfach wird die Ausführung der Erfindung in allen Fällen,
in denen bereit Widerstände vorhanden sind, die im gewöhnlichen Betriebszustand
kurzgeschlossen sein und nur in besonderen Betriebszuständen (z. B. zum Anlassen
oder Regeln) in Wirkung treten müssen. Diese Widerstände, gegebenenfalls sogar die
zugehörigen Schaltorgane, können zur Ausführung der Erfindung benutzt werden, so
daß in diesem Fall als neuer Apparat nur die auslösende Einrichtung beschafft werden
muß.
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Die Zeichnung zeigt Beispiele der Erfindung. In der Abb. z ist i ein
asynchroner Vordermotor, der mit dem Einankerumformer 2, der Gleichstrommaschine
3 und der Asynchronmaschine :4 in Kaskade geschaltet ist. Diese Anordnung stellt
den bekannten elektrisch gekuppelten Regelsatz dar, der die Schlupfleistung des
Hauptmotors i über die Maschine q. an das Netz 5 zurückgibt oder sie ihm bei übersynchronem
Lauf entnimmt. Wird z. B. die Verbindung der Maschinen :2 und 3 unterbrochen, so
fehlt die der Schlupfspannung das Gleichgewicht haltende Spannung der Maschine 3,
und es treten zwischen
dem Hauptmotor i und dein Einankerumformer
2 unzulässig hohe Stromstärken auf, (lie für das Netz 5 nahezu die Wirkung eine:
Kurzschlusses haben.
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Zur Sicherung gegen diesen Betriebszustand sind in diesem Fall zwischen
die Schleifringe der Maschine i und 2 Widerstände 6 geschaltet, die gewöhnlich durch
(las Schütz ; kurzgeschlossen sind. Tritt eine unzulässig hohe Stromaufnahme des
:Motors i ein, so erhält das Schütz 7 über den Stromwandler 8 einen so hohen Strom,
daß es anspricht und so die Widerstände 6 in die gefährdeten Kaskadenstromkreise
einschaltet.
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Grundsätzlich wäre es bei dieser Anordnung gleichgültig, ob der Stromwandler
8 im primären oder sekundären Stromkreis der :Maschine i liegt, jedoch setzen die
niedrigen Periodenzahlen des sekundären Stromkreises einer Verwendung des Stromwandlers
an dieser Stelle Schwierigkeiten entgegen. Eine an sich mögliche Anordnung mit Hauptstromrelais
würde aber verwickelter ausfallen als die gezeigte Anordnung des Stromwandlers B.
Ebenso wäre es gleichgültig, ob die Widerstände 6 im primären anstatt im sekundären
Stromkreis lägen. Da aber die Kaskadenvordermotoren mit Hochspannung betrieben werden,
wäre eine Anordnung des Wider-Standes im primären Stromkreis ganz erheblich teurer.
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Im Beispiel nach der Abb. 2 ist als Kaskadenforin ein Frequenzwandlersatz
gewählt, der bekanntlich zur Drehzahlregelung oder Phasenverschiebung oder für beides
benutzt werden kann. Bei dieser Anordnung liegt ein geschlossener elektromagnetischer
Stromkreis vor, bestehend aus dem Hauptmotor i, dein Frequenzwandler 9 und dein
Regeltransforinator io. In diesem geschlossenen Stromkreis könnenSelbsterregungsströme
auftreten. Zu ihrer Verhinderung sind zwischen die Schleifringe des Frequenzwandlers
9 und den Transformator io Widerstände 6 geschaltet, die wie in der Abb. i über
ein Schütz 7 kurzgeschlossen sind.. Dieses Schütz kann bei Überschreitung der zulässigen
Stromstärke durch den Stromwandler 8 den Kurzschluß öffnen.
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Eine dritte Anordnung zeigt die Abb. 3, bei der der Hauptmotor z mit
der Kommutatorhinterniaschine ii schleifringseitig verbunden ist, die ihrerseits
über die Maschine auf das Netz 5 zurückarbeitet. Arbeitet eine solche Anordnung
mit einem cos p, der besser als i ist, und fällt der Netzschalter 14 aus, so ist
die Kaskade nicht mehr in der Lage; die überschüssige Magnetisierungsleistung über
den Schalter 1q. an das speisende Netz zurückzugeben. Infolgedessen erhöht sich
die Spannung der Kaskade um eine dieser ungedeckten Magnetisierungsleistung ent-#,prechende
Spannung. Zur Vermeidung diese Vbelstandes sind zwischen die Schleifringe (ler-
Maschinen i und i i Widerstände 6 gesc:lialtc:t, deren kurzschließendes Schütz.
von der primären Klemmenspaunung der'Ia-,chine i gespeist wird. Steigt die Spannung
über das zulässige Maß hinaus, so wird der G(°saintwider stand der Kaskade durch
die Widerstände 6 so vergrößert, daß die Selbsterregungswirkung des Maschinensatzes
1/i i zusammenbrechen muß.
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In diesem Fall könnte das Schütz 7 auch in Abhängigkeit vorn Ausfallen
des Schalters 14 beeinffußt werden, damit das Steigen der Spannung von vornherein
unterbunden wird.
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Die Benutzung der Frequenz als auslösende Größe ist bei Selbsterregungserscheinungen
von \Tutzen, da die Erregung netzfrequenzfreinder Ströme unterbunden «-erden kann,
ehe sie unzulässige Stärken erreicht. Die Heranziehung des Leistungsfaktors zur
Sicherheitsauslösung kann in den Fällen in Frage kommen, bei denen Regelorgane durch
irgendwelche Störungen einen stark voreilenden oder nacheilenden Strom bei gleichbleibender
Wirkleistung bewirken können.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Beispiele; sie erstreckt
sich vielmehr auf sämtliche bekannten Kaskadenformen zur Drehzahl- oder Phasenregelung
asynchroner Drehfeldmaschinen.