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Kaskade, bestehend aus einem Asynchronmotor als Hauptmotor und einem
mit diesem mechanisch gekuppelten und durch Zwischenschaltung eines Periodenumformers
elektrisch verbundenen Synchronmotor als Hintermotor Bei der im folgenden beschriebenen
Kaskadenschaltung handelt es sich um eine Kaskade, bei welcher die Schlupfenergie
des Induktionsmotors als Hauptmotor in einem als Hintermotor dienenden Synchronmotor
nutzbar gemacht wird. Bei den bisher bekannten Kaskaden dieser Art wird der Rotorstrom
des Asynchronmotors in die für den Antrieb des mit dem Asynchronmotor gekuppelten
Synchronmotors erforderliche Frequenz durch einen Frequenzwandler irgendwelcher
Art umgeformt. Hierbei ist zum Frequenzwandler ein Fremdantrieb (z. B. ein Synchronmotor)
erforderlich. Dadurch wird die Anordnung umständlich.
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Im folgenden wird eine neue Anordnung angegeben, bei der dieser Fremdantrieb
vermieden wird, indem mit Hilfe eines Frequenzwandlers besonderer Konstruktion (im
folgenden mit den Namen »elektromagnetisches Differentialgetriebe« bezeichnet),
der unmittelbar von dem Asynchronmotor angetrieben wird, die Erregung wie auch Umformung
und Nutzbarmachung der Schlupfenergie auf derselben Welle erfolgt, wodurch die Anordnung,
da Asynchronmotor, Frequenzwandler und Synchronmotor auf derselben Welle sitzen,
vereinfacht wird.
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Dies wird dadurch erzielt, daß der Rotorstrom des Induktionsmotors
I (Abbildung) durch Schleifringe S2 dem Anker eines elektromagnetischen Differentialgetriebes
II, das als Umformer wirkt, zugeführt wird. Dieses Differentialgetriebe besteht
aus einem Außenanker A2 sowie einem Rotor R2, der als ein mit Gleichstrom erregtes
Polrad ausgebildet ist. Der Außenanker A2 ist frei drehbar angeordnet und trägt
eine Gleichstromwicklung, die einerseits mit den Schleifringen S2, andererseits
mit dem sich mit A2 drehenden Kommutatur K verbunden ist. (Die Lagerung des Ankers
kann mittels Hohlwelle oder auf andere, für ähnliche Maschinen mit Doppeldrehung
bereits bekannte Weise bewerkstelligt werden.) Wird dem Anker von keiner Seite aus
Strom zugeführt und werden die Schleifringe S2 kurzgeschlossen, so wird er nur wie
ein kurzgeschlossener Anker eines Induktionsmotors von dem Felde des mit Gleichstrom
erregten Polrades mitgenommen und schlüpft gegenüber dem Drehfelde so viel, daß
das zur Überwindung der Reibung nötige Drehmoment entstehen kann.
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Führt man durch die Schleifringe Gleichstrom ein, so läuft der Anker
mit dem Rotor synchron. Führt man dagegen den Rotorstrom des Asynchronmotors von
der Schlupffrequenz vs ein, die in A 2 ein Drehfeld in Drehrichtung des Polrades
erzeugt, so muß der Anker gegenüber dem Polrad um eine der Frequenz v, entsprechende
Umdrehungszahl U"= 6o (zoop2= Polpaarzahl des Umformers)
schlüpfen. Hierdurch wird im Anker eine der Schlüpfung mithin auch vs proportionale
EMK induziert, die der an die Schleifringe angelegten Spannung des Rotors des Induktionsmotors
entgegenwirkt. Gleichzeitig kann aber den Bürsten des Kommutators eine gleich große
Spannung entnommen werden, deren Frequenz der jeweiligen Drehzahl des Polrades proportional
ist. Diese
Spannung wird an die Klemme des mit dem. Asynchronmotor
und Differentialumformer ge= kuppelten Synchronmotors III gelegt. , Damit in einem
Synchronmotor überhaupt ein'. Drehmoment entsteht,mußbekanntlich die Klemmenspannung
der von den Polen induzierten inneren EMK um den inneren Phasenwinkel, der durch
die Ankerrückwirkung, Streuung und Ohmschen Spannungsabfall bedingt wird, voreilen.
Da das Polrad des Synchronmotors und das Polrad des die Speisespannung des Motors
erzeugenden Umformers auf Wellen sitzen, die miteinander gekuppelt sind, und da
die Speisespannung am Kommutator des Umformers ihre Lage gegenüber den Polen desselben
wegen Überlagerung der Generator- und Motormagnetisierungen im Umformer auch bei
Belastungsschwankungen kaum ändert, so kann der innere Phasenwinkel des Synchronmotors
und mithin auch die Stromaufnahme desselben durch Verstellen der Bürsten oder der
Kupplung geregelt werden. Durch Regeln des Winkels und der :Motorerregung kann die
Wirkstromaufnahme des Synchronmotors -eingestellt werden. Hierdurch bestimmt sich
aber auch die Wirkstromaufnahme des Umformers, das heißt der Wirkstrom im Rotor
des Asynchronmotors, und somit auch dessen Drehmoment. Es läßt sich also das Drehmoment
des Asynchronmotors durch Bürstenverschiebung und Änderung der Erregungen des Synchronmotors
und Umformers einstellen.
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Die Einstellung des Leitungsfaktors geschieht durch Regeln der Erregung
des. Synchronmotors und des Umformers. Wird z. B. die Erregung des Synchronmotors
verstärkt, so nimmt der Synchronmotor voreilenden Strom auf. Da nun der Umformer
als Generator voreilenden Strom abgibt, so muß der Synchronmotor auch, um die hierdurch
entstehende feldstärkende Magnetisierung zu kompensieren, als Motor voreilenden
Strom aufnehmen, sobald seine Erregung so ''eingestellt wird, daß einer Stromabgabe
bei cos 4,)= x auch eine Stromaufnahme bei cos c)= i entspricht. Es fließt dann
auch im Rotor des Asynchronmotors voreilender Strom, wodurch der Leistungsfaktor
desselben bekanntlich verbessert wird. Diese Wirkung kann dadurch noch verstärkt
werden, daß außer Übererregung des Synchronmotors auch der Umformer ein wenig übererregt
wird.
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Die Regelung der Drehzahl geschieht am einfachsten durch Bürstenverstellung.
Soll z. B. bei einer vorhandenen Belastung die Drehzahl erniedrigt werden, so wird
der innere Phasenwinkel durch Verschieben der Bürsten im Sinne der Drehrichtung
des Umformers verkleinert. Hierdurch sinkt die Wirkstromaufnahme des Synchronmotors,
mithin auch das Drehmoment des Asynchronmotors ; das Aggregat läuft langsamer. Durch
die größere Schlüpfung erhöhen sich die induzierten EMKe im Rotor des Asynchronmotors
und in dem sich drehenden Anker des Umformers, mithin erhöht sich auch die Spannung
an den Klemmen des Synchronmotors. Dies bewirkt wiederum einen nacheilenden Strom
im Synchronmotor, der durch eine Erhöhung der Erregung desselben beseitigt werden
kann. Aber auch ohnedem erhöht sich durch den nacheilenden Strom die Erregung und
die induzierte EKM des Synchronmotors. Hierbei erhöhen sich die Spannungen, und
es fällt die Frequenz, mithin auch die Induktivität im Stromkreise des Synchronmotors
so lange, bis sich dadurch die Wirkstromaufnahme desselben so weit erhöht hat, daß
das Aggregat der Belastung wieder gewachsen ist. Hierbei wird. der Synchronmotor
der größeren Schlüpfung entsprechend stärker belastet.
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Der Asynchronmotor I und der drehbare Außenanker des Umformers II
werden beide mittels an die Schleifringe S1 und S2 zu legenden Anlaßwiderständen
angelassen. Sobald sie in die Nähe ihrer synchronen Umdrehungszahlen angelangt sind,
können S1 und S2 miteinander verbunden und der Synchronmotor III eingeschaltet werden.
Hierbei können zwischen S, und S2, wie es bei Umformern üblich ist, zur Erhöhung
der Induktivität auch Drosselspulen geschaltet werden.