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Einrichtung zur Kupplung und Spannungsregelung verschiedenfrequentiger
Netze durch eine ständerseitig an das eine und läuferseitig an das andere Netz angeschlossene
Asynchronmaschine. Es ist bekannt, Drehstromnetze verschiedener Frequenz durch eine
Asynchronmaschine zu kuppeln, deren Ständer an das eine Netz und deren Läufer an
das andere Netz angeschlossen sind. Es kann hierdurch ein Energieübergang von einem
Netz zum andern oder eine Spannungsregelung bewirkt werden. Auf die Spannungsregelung
kommt es insbesondere an, wenn beide Netze über Einankerumformer auf dasselbe Gleichstromnetz
arbeiten. Die Änderung der Spannung oder Frequenz des einen Netzes kann nämlich
in diesem Falle sehr leicht zur Folge haben., daß sich die Belastung des Gleichstromnetzes
ganz ungleichmäßig auf die es speisenden Einankerumformerverteilt, und daß ein Teil
der Umformer überlastet wird, während der andere Teil fast gar nicht belastet ist
oder sogar von der Gleichstromseite nach der Drehstromseite zurückarbeitet.
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Gemäß der Erfindung wird die zur Kupplung dienende Asynchronmaschine
in anderweitig bekannter Weise mit Schwungmassen versehen. Die Erfindung .erweist
sich insbesondere dann wirksam, wenn es sich um die Kupplung von mehr als zwei Netzen
verschiedener Frequenzen handelt, die dasselbe Gleichstromnetz über Einankerumformner
speisen, und in. der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dieser Art dargestellt.
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In der Zeichnung bedeuten i o, i i und i z drei beliebig voneinander
entfernte Kraftwerke zur Erzeugung von Wechselstrom mit den Periodenzahlen 40,
25 und 6o. Diese Kraftwerke sollen eine Reihe in der Zeichnung nicht dargestellter
Verbrauchsapparate der verschiedensten Art speisen, woraus sich Spannungs- und Frequenzschwankungen
der einzelnen Netze ergeben können. Im besonderen sollen sie auch über Transformatoren
16, 17 und 18 die Ein.ankerumformer 13, i q. und 15 speisen, die auf dasselbe Gleichstromnetz
i9 arbeiten sollen.
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Da die Einankerumformer gleichstromseitig dieselbe Spannung besitzen,
müssen auch zwischen den Spannungen auf der «'echselstromseite der. Einanlerumformer
bzw. auf der Primärseite der Transformatoren i V- i 8 bestimmte Spannungsverhältnisse
aufrechterhalten werden, da sonst einzelne Einankerumformer überlastet werden könnten.
Um nun Störungen dieses Spannungsverhältnisses durch Schwankungen der Spannung bzw.
Frequenz eines der Wechselstrornsysteme
zu verhüten bzw. unschädlich
zu machen, sind die drei Netze durch die zwei Asynchronmaschin:en 2o und 9-1 miteinander
gekuppelt, die ständer'eitig an die Netze mit ¢o bzw. 6o Perioden angeschlossen
sind. Die Läufer der beiden Maschinen sitzen auf einer gemeinsamen Welle 22, und
ihre Wicklungen sind untereinander durch die Leiter 23 miteinander verbunden. Diese
führen zu Schleifringen 2¢. Die auf letzteren schleifenden Bürsten 25 sind über
einen Transformator 26 an das Netz von 25 Perioden angeschlossen. Für die gegebenen
Frequenzen kann die Maschine 2o mit sechs Polen und die Maschine 21 mit 14. Polen
gebaut sein. Bei 3oo Umdrehungen in der Minute werden ihre Sekundärfrequenzen untereinander
und mit derjenigen des 25periodiggn Netzes gleich. Das übersetzungsverhältnis zwischen
den Primär-und Sekundärwicklungen, d. h. zwischen den Ständer- und Läuferwicklungen
der Maschinen 2o und 2 i, muß unter Berücksichtigung der ihnen aus den Netzen i
o und 12 zugeführten Spannungen so gewählt werden, daß ihre Sekundärspannungen bei
3oo Umdrehungen in der Minute unter normalen Verhältnissen gleich groß sind. Hierdurch
ist dann auch das Übersetzungsverhältnis des Transformators 26 bestimmt. Manchmal
ist es vorteilhaft, den ganzen Erregerstrom des Maschinensatzes 2o, 21 einem einzigen
der Wechselstromnetze zu entnehmen; in anderen Füllen kann es auch wünschenmvert
sein, die Spannung des einen Systems auf Kosten des anderen im normalen Spannungszustand
zu erhöhen. Dies kann in beliebigem Maße durch geeignete Wahl der übersetzungsverhältnisse
erreicht werden. Soll beispielsweise die Erregung dem 25periodigen Netz entnommen
werden, so wird man das übersetzungsverhältnis des Transformators 26 so wählen,
daß dessen Sekundärspannung im normalen Betriebszustand etwas größer ist als die
Sekundärspannungen der Maschinen 2o und 21.
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Angenommen, daß die Frequenzkupplungseinrichtung vollständig von den
Netzen abgetrennt ist, dann kann sie in der folgenden Weise angelassen und die Kupplung
hergestellt werden Ein Schalter 27 wird nach rechts umgelegt und verbindet so die
Ständerwicklung der Maschine 2o mit einem geeigneten Anlaßwiderstand 28. Die Ständerwicklung
der Maschine 21 wird dann an das 6operiodige Netz 12 angeschlossen, und der Maschinensatz
läuft dann an und arbeitet dabei wie zwei in Kaskade geschaltete Asynchronmotoiren.
Sowie die Geschwindigkeit sich 3oo Umdrehungen in der Minute nähert, wird der Schalter
27 von Hand oder selbsttätig nach links umgelegt und die Ständerwicklung der Maschine
2o vom Anlaßwiderstand abgetrenn't und an .das q.op,eriodi;ge Netz angeschlossen,
worauf der Satz genau die Geschwindigkeit von 300 Umdrehungen annimmt. Die
beiden Maschinen 2o und 21 verlieren dabei die Wirkungsweise asynchroner Maschinen
und nehmen diejenige synchroner Maschinen an, wobei jeder Läufer von dem anderen
Wechselstromerregerstnom von 25_ Perioden erhält.
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Die geeigneten Polzahlen der beiden Maschinen ergeben sich aus der
leicht ableitbaren Doppelgleichung:
Hierin bedeutet S die minutliche Umdrehungszahl der beiden Maschinen 2o und -i,
Pl und P2 ihre Polzahlen, Fl und F., di;e Periodenzahlen der ihre Primärwicklungen
speisenden Netze und F die sekundäre Peai.-odenzahl. In dem .gewählten Breispiel
ist F1 = ¢o, F2 = 6o und F = z 5.. Gleichung (i) wird daher
Für S = 3oo wird daher P,= 6 und P2 - 1q.. Manchmal ist es, um geeignete
24aschin.en zu erhalten, zweckmäßig, ihre Läufer nicht unmittelbar zu kuppeln, sondern
sie mit verschiedenen Geschwindigkeiten laufen zu lassen und durch ein übersetzungsg
etriebe zu kuppeln. - In diesem Falle muß -jede der beiden Maschinen Schleifringe
erhalten.
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Solange die beiden. Netze io und 12 die normalen Frequenzen von 40
und 6o Perioden haben, ist die Geschwindigkeit des Maschinensatzes bei 3oo Umdrehungen
in der Minute festgelegt, auch wenn seine Schleifringe nicht mit dem a5periodigen
Netz verbunden sind. Eine Änderung der Geschwindigkeit kann gemäß der Gleichung
(i) nur eintreten, wenn sich eine der beiden primären Frequenzen Fl und F2 ,ändert.
Dementsprechend stellt sich der Maschinensatz nach Umlegen des Schalters 27 unmittelbar
auf die Umdrehungszahl 300 ein. Die Schleifringe können dann mit dem 25periodigen
Netz verbunden werden, und es. sind dann alle drei Netze miteinander gekuppelt,
und zwar mit festgelegtem Kupplungsverhältnis wie drei Netze gleicher Periodenzahl,
die durch drei Transformatoren sekundär auf ein gemeinsames Sammelschienensystem
geschaltet sind. Nach Anschluß der Schleifi-inge an das 25-periodige Netz ist die
Wahrscheinlichkeit einer Geschwindigkeitsänderung noch weiter herabgesetzt.
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Es ist nun sehr wichtig, daß die Werte.
der in der
Gleichung (i) auftretenden Periodendifferenzen wesentlich konstant bleiben, denn
jede wesentliche Schwankung dieser Differenzen ändert das übersetzungsverhältnis
der rotierenden Transformatoren zo und 21, da bekanntlich das Transformationsv erhältnis
eines Induktionsmotors sich mit der Geschwindigkeit bzw. Schlüpfungsfrequenz ändert.
Nun kann immer leicht eine solche Änderung der Frequenzen der einzeln gekuppelten
Systeme eintreten, dar sich hieraus das Bestreben zu einer Änderung der Geschwindigkeit
der Kupplungsmaschinen ergibt. Um vorübergehenden Änderungen der Geschwindigkeit
zu begegnen, ist es - und dies bildet den Gegenstand der Erfindung - angezeigt,
bei ausgesprochener Neigung zu Geschwindigkeitsschwankungen zu dem umlaufenden Teil
der Kupplungsmaschinen ein Schwungrad 3o hinzuzufügen. Dieses wirkt dann durch Ladung
bzw. Entladung seiner Schwungenergie der Geschwindigkeitsschwankung entgegen und
verringert sie. Bei der Entladung ist die von dem :Maschinensatz auf der einen Seite
aufgenommene elektrisch Energie gleich der auf der anderen Seite abgegebenen Energie,
verringert um die von den Schwungmassen abgegebene Energie.
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Das Schwungrad ist besonders dann vorteilhaft, wenn die beiden Maschinen
2o und z i nur zur Kupplung zwischen zwei Wechselstromsystemen, beispielsweise denjenigen
mit 4o und 6o Perioden, dienen. In einem solchen Falle kann die Sekundärfrequenz
der beiden Maschinen zunächst beliebig gewählt werden, es ist aber vorteilhaft,
sie niedrig zu wählen. Handelt es sich beispielsweise um die Kupplung eines Netzes
von 25 Perioden mit einem solchen von 6o Perioden, dann kann an das erste
Netz eine vierpolige und an das zweite Netz eine zehnpolige Maschine angeschlossen
werden. In diesem Falle läuft die eine der beiden Maschinen oberhalb ihrer wahren
Synchrongeschwindigkeit, und an Stelle der früheren Gleichung (i) tritt die Gleichung
Die allgemeine Beziehung kann daher ausgedrückt werden durch die Gleichung
In dem gewählten Beispiel beträgt die Sekundärfrequenz 5/7 Perioden und die Umla.ufsgeschwindigkeit
des Maschinensatzes 7z84/7 Umdrehungen in der Minute. Sie liegt sehr nahe zu den
normalen synchronen Umlaufszahlen der vier- und sechspoligen Maschinen, die 75o
bzw. 720 Umdrehungen in der Minute betragen. Diese Maschinen können daher
in normaler Weise entworfen werden.