DE456901C - Einrichtung zur Konstanthaltung der Drehzahl von Hochfrequenzumformern mit asynchronen Antriebsmotoren - Google Patents

Description

In der Praxis werden vielfach an die Tourenkonstanz von asynchronen Wechselstrommotoren sehr hohe Anforderungn gestellt, so z. B. beim Antrieb von Hochfrequenzgeneratoren. Die nächstliegende und viel angewandte Lösung der Aufgabe besteht darin, daß man irgendeinen Tourenindikator vorsieht, der bei Abweichungen der Mötordrehzahl von der normalen den Widerstand

ίο im Rotorkreis des Asynchronmotors verändert. Jede Anordnung, welche auf diesem Prinzip beruht, hat aber zwei schwerwiegende Mängel: sie greift erst dann ein, wenn eine bestimmte Drehzahlabweichung bereits erfolgt ist, und vermag den rückführenden Kraftimpuls, den sie auslöst, nicht der Stärke der die Abweichung bewirkenden Ursache richtig anzupassen.

Viel wirksamer ist es, die Regelung der

ao Rotorwiderstände nicht erst von der eingetretenen Drehzahländerung, sondern vielmehr unmittelbar vom Eintreten der Ursache für die Drehzahländerung abhängig zu machen, und zwar derart, daß die erzeugte Gegenwirkung die Ursache möglichst vollkommen aufhebt. Nur um die Unvollkommenheiten solcher Anordnungen auszugleichen, also zur Feinregulierung, wäre außerdem eine zusätzliche Beeinflussung der Rotorwiderstände durch einen feinen Tourenindikator vorzusehen.

Die Ursachen, welche auf Änderungen der Drehzahl hinwirken, sind vorzugsweise Laständerungen der angetriebenen Maschine, ferner Frequenz- und Spannungänderungen des speisenden Netzes. Bekannt ist es, bei Hochfrequenzumformern der drahtlosen Telegraphie die rhythmischen Laständerungen beim Tasten in ihrer Wirkung auf die Drehzahl dadurch aufzuheben, daß man durch die Taste selbst über geeignete Relais die Widerstände im Rotorkreis des Motors im Rhythmus des Tastens kurzschließt oder öffnet, so daß sich stets der gleiche Schlupf ergibt. Die Wirkungen der Netzschwankungen auszugleichen, hat man dagegen bisher dem Tourenindikator überlassen.

Gegenstand der Erfindung ist, auch diese Störungen des Gleichgewichtes unmittelbar zu erfassen.

Von den Ungleichmäßigkeiten der Netzverhältnisse hat die Schwankung der Frequenz den größeren Einfluß, denn Änderungen der synchronen Felddrehzahl um wenige Prozent haben Änderungen des Schlupfes des konstant umlaufenden Rotors um ein Vielfaches zur Folge. Änderungen des Schlupfes aber erfordern für Tourenkonstanz bei sonst gleichen Verhältnissen proportionale Änderungen des Rotorwiderstandes. Wenn man also den Rotorwiderstand proportional dem der jeweiligen Netzfrequenz entsprechenden

Schlupf verändert, so bleibt die Drehzahl bei Frequenzänderungen des Netzes konstant.

Bekannt ist die Einrichtung, um die von Laständerungen herrührenden Drehzahl-Schwankungen wieder rückgängig zu machen, von den Schleifringen eines Asynchronmotors einen kleinen asynchronen Hilfsmotor speisen zu lassen, dessen Drehmoment sich proportional mit dem bei Drehzahländerungen ίο größer oder kleiner werdenden Schlupf des Hauptmotors ändert. Durch diesen Hilfsmotor, dem man ein Gegendrehmoment entgegenwirken läßt, wird dann ein Regulierwiderstand gesteuert, durch den die eingetretene Drehzahländerung wieder rückgängig gemacht wird.

Gemäß der Erfindung wird nun die von einer Netzfrequenzänderung herrührende Änderung des Schlupfes benutzt, um mit Hilfe eines derartigen, an sich bekannten Hilfsmotors einen Rotorwiderstand des Hauptmotors entsprechend der Schlupfänderung so zu verstellen, daß das Drehmoment des Hauptmotors sich nicht ändert. Die Regulierung tritt also unmittelbar auf die Änderung der Netzfrequenz ein und schafft den Ausgleich, noch ehe diese Netzfrequenzänderung eine Drehzahländerung herbeizuführen vermag.

Will man den Hilfsmotor selbst nicht umlaufen lassen, so kann man ihn als Relais ausbilden, derart, daß er durch Schließen und öffnen von Kontakten einen besonderen Antriebsmotor des Reglers zum Laufen in dem einen oder anderen Sinne bringt und nach Erreichen der richtigen Reglerstellung stillsetzt.

Das Gegendrehmoment, welches auf den Hilfsmotor wirken und dem eingeschalteten Widerstand proportional sein muß, kann man auf verschiedene Weise hervorrufen, z. B. auf mechanischem Wege durch eine Feder oder auf elektrischem Wege durch einen besonderen Motor.

Abb. ι zeigt die an sich bekannte Schaltung des asynchronen Hilfsmotors zusammen mit dem Hauptmotor. A ist der Hauptmotor, der durch direkte Kupplung beispielsweise eine Hochfrequenzmaschine antreibt. An die Schleifringe des Rotors ist der Stator des Hilfsmotors H angeschlossen. Auf der Welle des Hilfsmotors sitzt ein Reglerwiderstand WR. Auf den Regler läßt man z. B. eine Feder P oder ein Gewicht an radialem Hebelarm wirken.

Einem bestimmten Schlupf des Hauptmotors A entspricht ein bestimmtes Drehmoment des Hilfsmotors H, das dann mit der Wirkung der Feder F zusammen einen Gleichgewichtszustand der Reglerachse herstellt. Der dann eingeschaltete Widerstand WR entspricht diesem Schlupf bei konstanter Drehzahl. Ändert sich nun die Frequenz des Netzes N, so wird das einen anderen Schlupf des Läufers des Hauptmotors gegenüber dem mit der neuen Frequenz rotierenden Statorfelde bedeuten, solange sich die Drehzahl der Rotorachse nicht geändert hat. Diese neue Netzfrequenz und Statorfeldrotation überträgt sich aber transformatorisch an die Klemmen des Hilfsmotors H und erzeugt an diesem eine Änderung des Drehmomentes, wodurch eine Verstellung des Reglers WR herbeigeführt wird, die eine Last an der Rotorachse erzeugt, die diesem neuen Schlupf des mit unveränderter Drehzahl weiterlaufenden Rotors entspricht.

Abb. 2 zeigt eine Schaltung, bei welcher der asynchrone Hilfsmotor als Relais ausgebildet ist, und bei der das Gegendrehmoment durch einen besonderen Gleichstrommotor geliefert und noch eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf Spannungschwankungen des Netzes anspricht. H ist der asynchrone Hilfsmotor, für den das Gegendrehmoment durch den Gleichstrommotor G₁ geliefert wird, der auf der gleichen Achse sitzt und dessen Anker von einer konstanten Spannung gespeist wird, während das Feld durch den Regler WR₂ geregelt werden kann. Auf der Achse dieser Motoren ist ein Umschalter U befestigt, über den das Feld eines kleinen Gleichstrommotors G₂ für den Antrieb des Reglerwiderstandes WR₁ des Hauptmotors und des Reglers WR₂ des Gleichstrommotors G₁ Strom erhält. Der Anker dieses Motors G₂ wird von der konstanten Gleichstromspannung gespeist. Der Motor H liefert ein vom Schlupf des Hauptmotors abhängiges Drehmoment, der Gleichstrommotor G₁ ein konstantes Gegendrehmoment, so daß sich die gemeinsame Achse im Gleichgewicht befindet. Ändert sich nun die Frequenz des Netzes, so steigt oder fällt mit dem Schlupf das Drehmoment des Motors H. Der Schalter U schließt den Motor G₂ zum Ausgleich der Widerstände J^FjR₁ und WR₂. Beide werden also auf diejenige neue Stellung gebracht, die dem veränderten Schlupf des Hauptmotors entspricht und ein neues Drehmoment von G₁, das dem veränderten Drehmoment von H angepaßt ist, einreguliert. Dieser ganze Vorsprung spielt sich ab, ehe die Drehzahl des Hauptmotors sich geändert hat.

Wirkt nun gleichzeitig eine Spannungänderung des Netzes, so wird diese durch das Relais B ausgeglichen. Dieses besteht beispielsweise aus einem Elektromagneten, der auf einen auf der Achse des Hilfsmotors H sitzenden Hebelarm N wirkt und zwei einander entgegenwirkende Wicklungen trägt, die über zwei Gleichrichterröhren R₁ und R₂ vom Drehstromnetz gespeist werden, und

zwar die eine unmittelbar, die andere über einen auf konstanten Strom regelnden Eisenwiderstand W. Die Änderungen des durch beide Wicklungen erzeugten Feldes sind dann der Spannungschwankung proportional und bringen somit auf die Welle des Hilfsmotors H ein zusätzliches Drehmoment, das eben nur von den Spannungschwankungen des Netzes abhängt. Dieses zusätzliche Drehmoment muß so beschaffen sein, daß es beim Sinken der Netzspannung dem Hilfsmotor H entgegenwirkt, bei Erhöhung· der Netzspannung ihn unterstützt, weil Sinken der Netzspannung eine Verkleinerung, Erhöhung der Netzspannung eine Vergrößerung des Widerstandes erfordert, während das Motordrehmoment auf Vergrößerung des Widerstandes hinwirkt.

Abb. 3 stellt eine andere Ausführungsform

ao der Erfindung dar, bei der ein asynchroner Hilfsmotor if die Regelung auf Frequenzänderung und an Stelle eines Elektromagneten ein zusätzlicher Gleichstrommotor G diejenige auf Spannungänderung des Netzes bewirkt. Letzterer, der auch das Gegendrehmoment liefert, liegt mit seinem Anker an konstanter Spannung, während sein Feld aus zwei entgegengeschalteten Erregerwicklungen besteht, die, wie die beiden Wicklungen des

Elektromagneten E der Abb. 2, aus dem Drehstromnetz gespeist werden.

Wenn man nur Spannungschwankungen erwartet, kann man den asynchronen Hilfsmotor H fortlassen und nur die Regelung auf Spannungänderung verwenden.

Natürlich kann man die unmittelbare Motorregelung nach dem gleichen Prinzip auch dann anwenden, wenn nicht durch Widerstände im Rotorkreis, sondern durch Widerstände oder regulierbare Drosselspulen im Statorkreis des asynchronen Motors geregelt wird, oder wenn zur Aufnahme der Schlupfenergie eine regelbare Maschine, z. B. ein Phasenkompensator, an die Schleifringe des asynchronen Hilfsmotors angeschlossen ist. Es kann sich unter Umständen empfehlen, gleichzeitig mit der Verwendung der beschriebenen, auf Frequenz- oder Spannungschwankungen oder auf beide ansprechenden Regeleinrichtungen die Schwungmassen des zu regelnden Motors in bekannter Weise, z. B. durch Vergrößerung des Trägheitsmomentes seines Ankers oder durch Benutzung eines Schwungrades, künstlich zu erhöhen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι. Einrichtung zur Konstanthaltung der Drehzahl von Hochfrequenzumformern

   mit asynchronen Antriebsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Kornpensierung der Lastschwankungen beim Tasten durch an sich bekannte Mittel auch die Schwankungen der Netzfrequenz oder der Netzspannung oder beider kompensiert werden durch Vorrichtungen, welche auf diese Schwankungen direkt ansprechen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sonst für die Verwendung zur Kompensierung von Lastschwankungen bekannte, von der Schlupfspannung (Rotorspannung) des Antriebsmotors gespeiste asynchrone Hilfsmotor, dessen Läufer zusammen mit einer ein Gegendrehmoment ausübenden Vorrichtung passende Regelungsmittel (Widerstände im Rotorkreis des Antriebsmotors .0. dgl.) steuert, ausschließlich zur Kompensierung der Wirkung der Netzfrequenzschwankungen benutzt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Schleifringe des Hauptmotors angeschlossene Hilfsmotor als Relais ausgebildet ist und Kontakteöffnetoder schließt, die einen besonderen Antriebsmotor des Reglers nach der einen oder anderen Richtung in Bewegung setzen oder zum Stillstand bringen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendrehmoment durch eine kleine Gleichstrommaschine erzeugt wird, deren Feld von der Reglerstellung beeinflußt wird.
5. 5. Einrichtung· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des auf Frequenzänderungen ansprechenden asynchronen Hilfsmotors oder zusammen mit diesem Hilfsmotor ein auf Schwankungen der Netzspannung ansprechendes und eine diesen Schwankungen proportionale Kraft entwickelndes Regelungsorgan verwendet wird, z. B. ein mit zwei einander entgegenwirkenden Wicklungen versehener Gleichstromhilfsmotor (G, Abb. 3) oder ein ebenfalls differential bewickelter Elektromagnet (E, Abb. 2), wobei die eine Wicklung vom konstanten, die andere von einem der Netzspannung proportionalen Strom durchflossen ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Verwendung der auf Frequenz- oder Spannungschwankungen oder auf beide ansprechenden Regeleinrichtungen die Schwungmassen des zu regelnden Motors künstlich erhöht sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.