DE487125C

DE487125C - Arrangement for introducing a voltage proportional to the square of the slip into the secondary circuit of asynchronous main machines with a commutator rear machine

Info

Publication number: DE487125C
Application number: DES79652D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Michael Liwschitz
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1927-05-13
Filing date: 1927-05-13
Publication date: 1929-12-09

Description

Anordnung zur Einführung einer dem Quadrate der Schlüpf ung proportionalen Spannung in den Sekundärstromkreis von asynchronen Hauptmaschinen mit Kommutatorhintermaschine Bei der Regelung von Asynchronmaschinen in der Drehzahl oder auch bezüglich des primär aufgenommenen Blindstromes verwendet man bekanntlich Kommutatorhintermaschinen, die in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine eine Spannung einführen, die ;zu der Schlupfspannung der Sekundärwicklung hinzutritt und bei Drehzahlregelung gegenüber der Schlupfspannung eine Phasenverschiebung von z8o° besitzt. Die Differenz aus beiden Spannungen erzeugt dann den sekundären Belastungsstrom. Man hat sich bisher im wesentlichen damit begnügt, dem Aufbau der Gesamtschaltung diese beiden Spannungen zugrunde zu legen. In neuerer Zeit zeigte @es sich aber doch, daß dies nicht in allen Fällen ausreicht, sondern daß auch noch andere Erscheinungen an den einzelnen Teilen des Drehstromregelsatzes berücksichtigt werden müssen. Dies zeigte sich namentlich- dann, als man dazu überging, mittels der Kommutatorhintermaschine eine Asynchronmaschine zu schaffen, deren Belastung von ihrem Schlupf vollständig unabhängig ist, wobei man die Kommutatörhintermaschine derart erregt, däß sie die Sekundärspannung der - Asynchronmaschine ständig gerade aufhebt. Die konstante Belastung wird dabei durch Einführung einer zweiten, vom Schlupf unabhängigen Spannung in den Sekundärstromkreis. der Asynchronmaschine erzwungen. Hier zeigt es sich, daß die Berücksichtigung der zwei genannten Spannungen bzw. des Ohmschen Spannungsabfalls in dem Sekundärstromkreis nicht ausreicht, sondern daß man auch noch etwa folgende Umstände berücksichtigen muß: Infolge der magnetischen Streuung in der Sekundärwicklung der Asynchronmaschine bzw. auch an der Kommutatorhintermaschine treten Streuspannungen auf, die einerseits proportional dem Sekundärstrom sind, anderseits auch, da sie Schlupffrequenz führen, proportional dieser Frequenz. Ferner wird die Kommutatorhintermaschine, auch wenn sie als ständererregte Maschine (z. B. als Scherbiusmaschine) ausgeführt ist, meistens nicht mit konstanter Drehzahl angetrieben, sondern sie ist z. B. mit der asynchronen Vordermaschine gekuppelt, ihre Drehzahl ändert sich also entsprechend dem Schlupf. Das hat zur Folge, daß die von der Kommutatorhintermaschine entwickelte Spannung sich nicht ausschließlich nach dem Erregerfeld richtet, sondern durch diese Drehzahländerung eine Abweichung vom Sollbetrag erfährt. Bei- Kommutatorhintermaschinen, die, wie dies meistens der Fall ist, eine Kompensationswicklung besitzen, und die außerdem als Drehfeldmaschinen ausgebildet sind (insbesondere käufererregte Kommutatorhintermaschinen) wird ferner durch dieses Drehfeld in der Kompensationswicklung bei wachsendem Schlupf eine Induktionsspannung erzeugt, die ebenfalls eine Abweichung der von der .Kommutatorhinternzaschine gelieferten Spannung von ihrem Sollwert hervorruft. Für die beiden letztgenannten Abweichungen gilt die Formel: EK=aE (r-s). E'K ist dabei die resultierende Spannung an der Kommutatorhintermaschine, s ist der Schlupf, E ist die vom Drehfeld in der Läuferwicklung der Asynchronmaschint bei Stillstand induzierte Spannung. Man sieht, daß die Abweichung der Spannung an der Kommutatorhintermaschine vom Sollwert den Wert s2E besitzt, d. h. diese Abweichung ändert sich proportional dem Quadrat des Schlupfes. Diese Abweichungen verhindern eine vollständige Unabhängigkeit der eingestellten Belastung vom Schlupf der Vordermaschine.Arrangement for the introduction of one proportional to the square of the hatch Voltage in the secondary circuit of asynchronous main machines with a commutator rear machine When regulating asynchronous machines in terms of speed or with respect to the The primary reactive current consumed is known to be used behind commutator machines, which introduce a voltage into the secondary circuit of the asynchronous machine, which ; added to the slip voltage of the secondary winding and with speed control has a phase shift of z80 ° compared to the slip voltage. The difference The secondary load current is then generated from both voltages. One has hitherto essentially content with the structure of the overall circuit these two Based on tensions. In recent times it has been shown that this is not sufficient in all cases, but that there are other phenomena in the individual parts of the three-phase control set must be taken into account. This showed in particular - when one went over to it, by means of the commutator back machine to create an asynchronous machine whose load is completely removed from its slip is independent, whereby the commutator rear machine is excited in such a way that it the Secondary voltage of the asynchronous machine constantly just picks up. The constant load by introducing a second tension in the secondary circuit. the asynchronous machine. Here it is shown that the consideration of the two mentioned voltages or the ohmic voltage drop in the secondary circuit is not sufficient, but that you also have about the following Circumstances must take into account: As a result of the magnetic scattering in the secondary winding stray voltages occur in the asynchronous machine or on the commutator rear machine on, which on the one hand are proportional to the secondary current, on the other hand also because they Lead slip frequency, proportional to this frequency. Furthermore, the commutator rear machine, even if it is designed as a stator-excited machine (e.g. as a Scherbius machine) is, mostly not driven at constant speed, but it is z. B. with coupled to the asynchronous front machine, so its speed changes accordingly the slip. This has the consequence that the developed from the commutator back machine Tension is not directed exclusively to the excitation field, but rather through it Change in speed experiences a deviation from the target amount. At- commutator back machines, which, as is usually the case, is a compensation winding own, and which are also designed as induction machines (in particular buyer-excited Commutator rear machine) is also caused by this rotating field in the compensation winding as the slip increases, an induction voltage is generated, which also causes a deviation the voltage supplied by the .Kommutatorhinternzaschine causes its setpoint. The following formula applies to the latter two deviations: EK = aE (r-s). E'K is where the resulting voltage at the commutator rear machine, s is the slip, E is that of the rotating field in the rotor winding of the asynchronous machine at standstill induced voltage. It can be seen that the deviation of the voltage on the commutator rear machine has the value s2E of the setpoint, d. H. this deviation changes proportionally the square of the slip. These deviations prevent complete independence the set load from the slip of the front machine.

Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung; um in den Sekundärstromkreis einer Asynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine bzw. in einen über die Kommutatorhintermaschine auf den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine einwirkenden Stromkreis (insbesondere den Erregerstromkreisder Haupt- oder einer Hilfskommutatorhinter= maschine) eine Spannung einzuführen, die sich proportional dem Quadrat der Schlüpfung ändert, und die dann zur Kompensierung der obengenannten schädlichen Spannungen und auch noch zu anderen Zwecken benutzt werden kann. Beispielsweise ist es mitunter erwünscht, eine Kompoundierung der Asynchronmaschine derart herbeizuführen, daß ihre Drehzahl nicht nur proportional mit der Belastung sinkt, sondern in noch stärkerem Maße, damit bei Überlast vorhandene Schwungmassen besonders stark entladen und so die Belastungsstöße vom Netz ferngehalten werden. Führt man nun eine derartige, proportional dem Quadrat der Schlüpfung anwachsende Spannung in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine ein, so bewirkt diese, sofern sie nicht durch eine Gegenspannung aufgehoben wird, eine Senkung der Drehzahl, die proportional mit der Belastung verläuft. Außerdem zeigt sich bekanntlich im Schlupffrequenz führenden Erregerstromkreis von Kommutatorhintermaschinen die Erscheinung, daß hier eine induktive Gegenspannung auftritt, die erstens proportional dem Erregerstrom, zweitens proportional dem Schlupf, also praktisch proportional dem Quadrat des Schlupfes, ansteigt. Diese induktive Gegenspannung soll meistens ebenfalls kompensiert werden.The invention now relates to an arrangement; to in the secondary circuit an asynchronous machine with a commutator back machine or in one via the commutator back machine Circuit affecting the secondary circuit of the asynchronous machine (in particular the excitation circuit of the main or an auxiliary commutator behind the machine) Introduce tension which varies proportionally to the square of the slip, and which then to compensate for the above-mentioned harmful tensions and also still can be used for other purposes. For example, it is sometimes desirable to bring about a compounding of the asynchronous machine so that its speed not only decreases proportionally with the load, but to an even greater extent, Thus, in the event of an overload, existing centrifugal masses are discharged particularly strongly and so the Load surges are kept away from the network. If one now leads such a, proportional Voltage in the secondary circuit of the asynchronous machine that increases with the square of the slip a, then this, unless it is canceled by a counter-voltage, a reduction in speed that is proportional to the load. aside from that is known to be shown in the excitation circuit leading to the slip frequency of commutator rear machines the phenomenon that an inductive counter-voltage occurs here, which is firstly proportional the excitation current, secondly proportional to the slip, i.e. practically proportional the square of the slip, increases. This inductive counter voltage should mostly also be compensated.

Erfindungsgemäß ist zur Erzeugung der dem Quadrat der Schlüpfung proportionalen Spannung eine Hilfskommutatormaschine vorgesehen, die mit einer der Schlupffrnequenz proportionalen Drehzahl läuft und die eine Kommutatorwicklung und eine Ständerwicklung besitzt. Von den beiden Wicklungen wird die eine mit einer der Schlüpfung proportionalen und Schlupffrequenz aufweisenden Spannung !gespeist (zweckmäßig von einem sekundären Haupt- oder Hilfsstromkreis der Asynchronmaschine aus oder von einer mit der Hauptmaschine gekuppelten Hilfsasynchronmaschine), während die zweite Wicklung 'entweder unmittelbar oder über einen- Umformer in den-- Stromkreis eingeschaltet ist, in den die dem Quadrat der Schlüpfung proportionale Spannung eingeführt werden soll. Die die Hilfskommutatormaschine speisende Schlupfspannung erzeugt ein proportional dem Schlupf anwachsendes Erregerfeld. Da nun außerdem die Hilfskommutatormaschine mit einer der Schlüpfung proportionalen Drehzahl angetrieben wird, so wird in der zweiten Wicklung eine mit dem Quadrat der Schlüpfung anwachsende Spannung induziert.According to the invention, the generation is proportional to the square of the slip Voltage an auxiliary commutator machine provided with one of the slip frequency proportional speed runs and one commutator winding and one stator winding owns. One of the two windings is proportional to the slip and voltage with slip frequency (expediently from a secondary Main or auxiliary circuit of the asynchronous machine from or from one with the main machine coupled auxiliary asynchronous machine), while the second winding 'either directly or via a converter in the circuit in which the dem Square of the hatching proportional tension should be introduced. The the auxiliary commutator machine Feeding slip voltage generates an excitation field that increases proportionally to the slip. Since now, in addition, the auxiliary commutator machine with a slip proportional Speed is driven, so in the second winding one with the square the hatching induces increasing tension.

In Abb. z der Zeichnung ist die Schaltung und der Antrieb der Hilfskommutatormaschine an einem Beispiel veranschaulicht. z ist die asynchrone Hauptmaschine mit der Sekundärwicklung z und der sekundären Hilfswicklung 3. q. ist die Hilfskommutator= maschine, die von einem Asynchronmotor 5 mit einer dem Schlupf proportionalen Drehzahl angetrieben wird. Der Asynchronmotor 5 wird dazu von den Schleifringen 6 aus mit Schlupffrequenz gespeist. Die Kommutatorwicklung der Hilfskommutatormaschine wird von den Hilfsschleifringen 7 aus ebenfalls mixt Schlupffrequenz gespeist. Die Ständerwicklung 8 der Kommutatormaschine ist in den Stromkreis eingeschaltet, in den die mit dem Quadrat der Schlüpfung anwachsende Spannung eingeführt werden soll. ' Das von den Bürsten aus in der Kommutatormaschine erzeugte Drehfeld dreht sich im Raum mit Schlupffrequenz, anderseits wird der Läufer in derselben Drehrichtung mit Schlupffrequenz angetrieben, so daß die Wicklung im Läufer der Hilfskommutatormaschine relativ zum Drehfeld stillsteht. Für die Stärke des Stromes in der Läuferwicklung ist daher nur der Ohmsche Widerstand maßgebend, und der Strom steigt proportional mit der Spannung an den Bürsten, also proportional dem Schlupf, an. Die in der Ständerwicklung 8 induzierte Spannung wächst daher quadratisch mit dem Schlupf. Die Speisung der Hilfskommutatormaschine von der Kommutatorseite aus hat, wie bereits geschildert, den Vorteil, daß im speisenden Stromkreis induktive Gegenspannungen nicht auftreten. Speist man umgekehrt die Wicklung 8 im Ständer mit einer dem Schlupf proportionalen Spannung von den Hilfsschleifringen 7 aus, dann ist dieser Vorteil nicht vorhanden. Die induktive Gegenspannung der Ständerwicklung kann dann durch Vorschaltung von Ohmschen Widerständen oder ähnlich wirkenden Mitteln ausgeglichen werden, um einen mit der speisenden Spannung proportionalen Anstieg des Erregerstromes zu erzwingen. Die letztgenannte Schaltung ist aber anderseits vorteilhafter, wenn man den Läufer in einem dem Ständerdrehfeld entgegengesetzten Sinne antreibt, so daß seine Wicklung mit doppelter Schlupffrequenz bzw., wenn der Antriebsmotor mit einer geringeren Polzahl ausgeführt ist als die Hilfskommutatormaschine, sogar mit n-facher Schlupffrequenz geschnitten werden kann. Die erzeugte Spannung steigt daher sehr kräftig an.In Fig. Z of the drawing is the circuit and the drive of the auxiliary commutator machine illustrated with an example. z is the main asynchronous machine with the secondary winding z and the secondary auxiliary winding 3. q. is the auxiliary commutator = machine that driven by an asynchronous motor 5 at a speed proportional to the slip will. The asynchronous motor 5 is for this purpose from the slip rings 6 with slip frequency fed. The commutator winding of the auxiliary commutator machine is made up of the auxiliary slip rings 7 fed off also mixes slip frequency. The stator winding 8 of the commutator machine is connected to the circuit in which that increases with the square of the hatch Tension should be introduced. 'That from the brushes in the commutator machine The rotating field generated rotates in space with a slip frequency, on the other hand the rotor driven in the same direction of rotation with slip frequency, so that the winding in the The rotor of the auxiliary commutator machine is stationary relative to the rotating field. For the strength of the current in the rotor winding, only the ohmic resistance is decisive, and the current increases proportionally with the voltage on the brushes, i.e. proportionally the slip. The voltage induced in the stator winding 8 therefore increases square with the slip. The supply of the auxiliary commutator machine from the commutator side from has, as already mentioned, the advantage that the supply circuit is inductive Counter voltages do not occur. Conversely, if you feed the winding 8 in the stator with a voltage proportional to the slip from the auxiliary slip rings 7, then this advantage does not exist. The inductive counter voltage of the stator winding can then by connecting ohmic resistors or similar means be compensated by an increase proportional to the supply voltage to force the excitation current. The latter circuit is on the other hand more advantageous if the rotor is in a rotating field opposite to the stator Senses drives so that its winding with double slip frequency or, if the The drive motor has a smaller number of poles than the auxiliary commutator machine, can even be cut with n times the slip frequency. The tension created therefore increases very strongly.

Abb. 2 der Zeichnung zeigt an einem Ausführungsbeispiel eine Gesamtschaltung, in der die proportional dem Quadrat der Schlüpfung anwachsende Spannung dazu benutzt wird, die induktive Spannung in der Kompensationswicklung einer läufererregten Kommutatorhintermaschine zu kompensieren. g ist ein Asynchronmotor, der eine konstante Leistung abgeben soll. Um dies zu erreichen, wird seine Kommutatorhintermaschine io im Läufer von den Hilfsschleifringen i i derAsynchronmaschine aus über den Frequenzwandler 12 und über die Transformatoren 13 und i q. mit einer proportional dem Schlupf anwachsenden Spannung erregt, die konstante Leistung wird dabei durch die über den Transformator i ¢ eingeführte und von der Schlüpfung unabhängige Spannung erzwungen. Die Hilfskommutatormaschine ¢, die in derselben Weise wie in Abb. i ausgebildet ist, ist nun mit ihrer Ständerwicklung 8 in die Verbindung zwischen den Hilfsschleifringen i i und 12 eingeschaltet, sie führt also der Erregung der Kommutatorhintermaschine io eine mit dem -Quadrat der Schlüpfung anwachsende Spannung zu, die den Einfluß der Induktionsspannung in der Kompensationswicklung der Maschine i o aufhebt. In ähnlicher Weise kann man die Hilfskommutatormaschine schalten, wenn es sich darum handelt, den Einfluß der Drehzahländerungen bei ständererregten Kommutatorhintermaschinen zu kompensieren. Die Ständerwicklung 8 kann dann unmittelbar in den Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine eingeschaltet sein.Fig. 2 of the drawing shows an exemplary embodiment of an overall circuit in which the voltage, which increases proportionally to the square of the slip, is used to compensate for the inductive voltage in the compensation winding of a rotor-excited commutator rear machine. g is an asynchronous motor that should deliver constant power. In order to achieve this, its commutator rear machine io in the rotor is moved from the auxiliary slip rings ii of the asynchronous machine via the frequency converter 12 and via the transformers 1 3 and i q. excited with a voltage that increases proportionally to the slip, the constant power is enforced by the voltage introduced via the transformer i ¢ and independent of the slip. The auxiliary commutator machine ¢, which is designed in the same way as in Fig. I, is now connected with its stator winding 8 in the connection between the auxiliary slip rings ii and 12, so it leads to the excitation of the commutator rear machine io a voltage that increases with the square of the slip to, which cancels the influence of the induction voltage in the compensation winding of the machine io. The auxiliary commutator machine can be switched in a similar manner if it is a question of compensating for the influence of the changes in speed in the case of stator-excited commutator rear machines. The stator winding 8 can then be switched directly into the excitation circuit of the commutator rear machine.

Abb.3 der Zeichnung zeigt eine Anordnung, bei der die Hilfskommutatormaschine dazu dient, einen mit wachsender Belastung mehr als proportional steigenden Drehzahl- f abfall der Asynchronmaschine herbeizuführen. Die läufererregte Kommutatorhintermaschine io wird hier vom Netz aus über den Regeltransformator 1q. erregt. Die Ständerwicklung 8 der Hilfskommutatormaschine ist entweder in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine oder über einen Frequenzwandler 12 in den Netzfrequenz führenden Erregerstromkreis der Hintermaschine io eingeschaltet. 7Fig.3 of the drawing shows an arrangement in which the auxiliary commutator machine serves to provide a speed limit that increases more than proportionally with increasing load. f cause the asynchronous machine to drop out. The rotor-excited commutator rear machine io is here from the network via the regulating transformer 1q. excited. The stator winding 8 of the auxiliary commutator machine is either in the secondary circuit of the asynchronous machine or via a frequency converter 12 in the line frequency leading excitation circuit the rear machine is switched on. 7th

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement to introduce one to the square of the Slip proportional voltage into the secondary circuit of asynchronous main machines with a commutator back machine or in one via the commutator back machine the secondary circuit of the asynchronous machine (excitation circuit a commutator rear machine), characterized by an auxiliary commutator machine, which runs at a speed proportional to the slip frequency; and from their windings one winding, either the commutator winding or the stator winding (expedient the commutator winding), with a slip voltage proportional to the slip is fed while the other winding is fed directly or via, converter into the Circuit is switched on, in which the square of the slip proportional Voltage is introduced. 2: Arrangement according to claim i ,. characterized, that the auxiliary commutator = machine is coupled with an asynchronous motor, whose Primary winding to the secondary main or auxiliary circuit of the main asynchronous machine connected.