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Einrichtung zur Beeinflussung des Regelvorganges von Asynchronmaschinen
Zur Regelung der Drehzahl oder zur Phasenkompensierung von@ lsynchrörimäs'a fen
verweridet@ man Frequenzwandler, die mit ihrer Kommutatorseite entweder in den Sekundärstromkreis
der Asynchronmaschine oder in einen Schlupffrequenz führenden Erregerstromkreis
einer Kommutatorhintermaschine eingeschaltet sind, und die im Ständer eine Kompensationswicklung
besitzen, so daß ihren Schleifringen nur die Magnetisierungsleistung mit Netzfrequenz
zugeführt wird. Diese Frequenzwandler haben den Nachteil, daß bei untersynchronem
Lauf der Asynchronmaschine die mit Schlupffrequenz abgegebene Spannung nicht genau
mit der zugeführten Netzfrequenz aufweisenden Spannung übereinstimmt, sondern um
einen dem Schlupf proportionalen Betrag kleiner ist als diese. Dies beruht darauf,
daß das Feld im Frequenzwandler nicht nur die Läuferwicklung, sondern auch die Kompensationswicklung
im Ständer, wenn auch diese nur mit Schlupffrequenz, induziert, wobei die in der
Kompensationswicklung induzierte Spannung gegenüber der des Läufers eine Phasenverschiebung
von i8o° besitzt.
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Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, die eine nutzbare Verwertung
der in der Kompensationswicklung derartiger Frequenzwandler induzierten Spannung
entweder zur Aufhebung schädlicher, ebenfalls dem Schlupf proportionaler Spannungen
oder auch zur gewollten Beeinflussung des Regelvorganges der asynchronen Vordermaschine
gestattet. Erfindungsgemäß wird die Rotationsgeschwindigkeit des Läufers des Frequenzwandlers
bei untersynchronem Lauf der asynchronen Vordermaschine größer gehalten als die
Rotationsgeschwindigkeit seines Drehfeldes, während bei übersynchronem Lauf der
asynchronen Vordermaschine umgekehrt die Rotationsgeschwindigkeit des Läufers des
Frequenzwandlers kleiner ist als die Rotationsgeschwindigkeit seines Drehfeldes.
Beim bisherigen Betriebe von Frequenzwandlern mit Kompensationswicklung ist gerade
das Umgekehrte der Fall. Das neue Betriebsverfahren hat den Vorteil, daß sich die
Induktionsspannung in der Kompensationswicklung des Frequenzwandlers von seiner
Kommutatorspannungbei untersynchronem Betrieb nicht mehr subtrahiert; sondern. daß
beide Spannungen sich addieren, so daß der Frequenzwandler auf seiner Schlupfseite
eine Spannung abgibt, die gleich ist der seinen Schleifringen zugeführten Spannung,
vermehrt um einen Betrag, der proportional dem Schlupf ist. Die in der Kompensationswicklung
induzierte Spannung kann nunmehr in verschiedener Weise Verwendung finden; beispielsweise
kann dadurch bei ständererregten Kommutatorhintermaschinen, die mit der asynchronen
Vordermaschine
mechanisch gekuppelt sind und deren Kommutatorspannung
infolge der dann eintretenden Drehzahländerungen um einen dem Schlüpf proportionalen
Werte vom Sollbetrage abweicht, diese Abweichung durch die Induktionsspannung der
Kompensationswicklung des Frequenzwandlers wieder aufgehoben werden. Der Frequenzwandler
ist dazu in den Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine eingeschaltet. Ebenso
kann man, wenn noch andere Frequenzwandler mit Kompensationswicklung vorhanden sind,
die z. B. als läufererregte Kommutatorhintermaschinen dienen, den schädlichen Einfi.uß
der Induktionsspannung in der Kompensationswicklung dieser Frequenzwandler durch
den gemäß der Erfindung betriebenen Frequenzwandler aufheben. Ferner kann die gemäß
dem neuen Verfahren in der Kompensationswicklung des Frequenzwandlers induzierte
Spannung zur Beeinflussung der Drehzahlcharakteristik der asynchronen Vordermaschinen
benutzt werden.
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Die neue Einrichtung kann in verschiedener Weise durchgeführt werden.
Man kann entweder dafür sorgen, daß die Frequenz der den Schleifringen des Frequenzwandlers
zugeführten Spannung ständig gleich ist der Rotationsfrequenz des Frequenzwandlers,
vermindert um die untersynchrone Schlupffrequenz der asynchronen Vordermaschine,
oder man kann umgekehrt auf die Drehzahl des Frequenzwandlers einwirken, wobei die
Schleifringe des Frequenzwandlers zweckmäßig mit Netzfrequenz gespeist werden. In
diesem Falle muß die der Drehzahl entsprechende Rotationsfrequenz des Frequenzwandlers
bei untersynchronem Betriebe gleich sein der den Schleifringen zugeführten Frequenz,
vermehrt um @ die Schlupffrequenz der asynchronen Vordermaschine. In beiden Fällen
wird erreicht, daß die in der Kompensationswicklung des Frequenzwandlers und in
seiner Läuferwicklung induzierten Spannungen sich bei untersynchronem Betriebe addieren,
bei übersynchronem Betriebe subtrahieren.
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Die neue Einrichtung ist an Hand der Zeichnungen im folgenden an mehreren.
Ausführungsbeispielen erläutert. Bei der Anordnung nach Abb. i soll mittels der
Kommutatorhintermaschine 2 die Belastungscharakteristik der asynchronen Maschine
i derart beeinflußt werden, daß die Asynchronmaschine i entweder eine einmal eingestellte
konstante Leistung aufnimmt oder abgibt, unabhängig davon, mit welchem Schlupf sie
arbeitet, oder daß die Abhängigkeit der Belastung der Asynchronmaschine i vom Schlupf
in beliebiger `Weise eingestellt werden kann. Um das erstere zu erreichen, wird
bekanntlich mittels der Kommutatorhintermaschine 2 in den Sekundärstromkreis der
Maschine i eine Spannung eingeführt, die sich aus zwei Komponenten zusammensetzt,
wobei die eine Komponente ständig gleich ist der in der Sekundärwicklung der Maschine
i induzierten Spannung und diese Spannung gerade aufhebt, während die zweite Komponente
eine konstante, vom Schlupf unabhängige Größe besitzt und dementsprechend auch einen
vom Schlupf unabhängigen Belastungsstrom in der Sekundärwicklung -der Maschine i
erzeugt. Zur Durchführung des zweitgenannten Verfahrens wird mittels der Kommutatorhintermaschine
in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine eine Spannung eingeführt, die deren
Sekundärspannung in einen bestimmten, beliebig einstellbaren Bruchteil aufhebt.
Zur Durchführung des geschilderten bekannten Regelverfahrens besitzt die Kommutatorhintermaschine
im Ständer eine Kompensationswicklung und eine Erregerwicklung 3. Diese wird nun
in Hintereinanderschaltung einerseits vom Netze aus übereinen Regeltransformator
8 und einen Frequenzwandler g mit einer vom Schlupf unabhängigen Spannung, andererseits
von einer Hilfswicklung im Sekundärteil der Maschine i über die Schleifringe q.,
den Regeltransformator 5, die beiden Frequenzwandler 6 und 7 mit einer dem Schlupf
proportionalen Spannung gespeist. Die vom Transformator 8 gelieferte Spannung dient
dabei, falls erforderlich, zur Erzeugung eines konstanten Belastungsstromes, während
die vom Transformator 5 gelieferte Spannung zur ganzen oder teilweisen Aufhebung
der Sekundärspannung in der Maschine i dient. Die von den Transformatoren 5 und
8 gelieferten Spannungen überwinden den Ohmschen Spannungsabfall im Stromkreis der
Erregerwicklung 3. Der bei größerem Schlupf weitaus überwiegende induktive Spannungsabfall
im Stromkreis der Erregerwicklung 3 wird mittels des Stromtransformators io und
mittels der beiden Frequenzwandler 6 und 7 aufgehoben. Um dies zu erreichen, besitzt
der Frequenzwandler 7 im Ständer eine Kompensationswicklung 16, und der Stromtransformator
i o ist zweckmäßig rückwirkungslos (z. B. infolge Anord- i nung eines größeren Luftspaltes
im Transformatoreisen) ausgebildet, so daß sein Sekundärstrom die primäre Stromaufnahme
nicht wesentlich beeinflußt. Der Stromtransformator io ist primär in den Erregerstromkreis
i der Wicklung 3 eingeschaltet. Seine Sekundärspannung unterliegt also denselben
Gesetzen wie der induktive Spannungsabfall im Stromkreis der Wicklung 3, d. h. sie
ist einerseits proportional dem Strom in der Wick- i Jung 3, andererseits proportional
der Schlupffrequenz. Da nun diese Spannung über ilie
beiden Frequenzwandler
6 und 7 wieder dem Stromkreis der Erregerwicklung 3 zugeführt wird, so kann diese
Spannung bei passender Wahl und Einstellung ihrer Größe und Phase (z. B. mittels
Verstellung der Bürsten am Frequenzwandler 6 oder durch Ausbildung des Stromtransformators
i o als Drehtransformator) dazu benutzt werden, den induktiven Spannungsabfall im
Stromkreis der Wicklung 3 aufzuheben. Die beiden Frequenzwandler 6 und 7 sind mit
dem mit beliebiger Drehzahl laufenden Hilfsasynchronmotor- i i gekuppelt, sie könnten
auch mit der asynchronen Vordermaschine i gekuppelt sein.
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Das mit der Kommutatorhintermaschine 2 durchzuführende Regelverfahren
wird noch dadurch schädlich beeinflußt, daß, wie bereits geschildert, infolge der
Kupplung der Maschine 2 mit der Maschine i die Kommutatorspannung von 2 vom Sollbetrage
um einen Wert abweicht, der proportional dem Schlupf ist, und zwar derart, daß die
Kornmutatorspannung bei untersynchronem Betriebe um diesen Betrag vermindert ist..
Diese Abweichung wird nun gemäß der Erfindung dadurch ausgeglichen, daß der Frequenzwandler
7 an seinen Schleifringen mit einer derartigen Frequenz erregt wird, daß sich die
Induktionsspannung in seiner Kompensationswicklung 16 zu seiner Kommutatorspannung
addiert. Zum leichteren Verständnis der Vorgänge sei angenommen, daß der Antriebsmotor
i i mit derselben Drehzahl wie die Maschine i läuft. Es ist nun die Drehrichtung
des dem Frequenzwandler 6 zugeführten, im Raum mit Schlupffrequenz umlaufenden Drehfeldes
derart gewählt, daß es in demselben Sinne umläuft wie der Frequenzwandler selbst,
so daß der Frequenzwandler 6 dem Frequenzwandler 7 über die Schleifringe eine Spannung
zuführt, deren Frequenz gleich ist der Rotationsfrequenz des Frequenzwandlers 7,
vermindert um die untersynchrone Schlupffrequenz der asynchronen Vordermaschine.
Bei der bekannten Speisung ist diese Frequenz gleich der Rotationsfrequenz, vermehrt
um die Schlupffrequenz. Selbstverständlich kann der Motor i i mit beliebiger Drehzahl
laufen, ohne daß die geschilderten Vorgänge dadurch grundsätzlich beeinflußt werden.
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Bei der Anordnung nach Abb.2 ist die Kommutatorhintermaschine mit
einer besonderen Belastungsmaschine 16 gekuppelt. Die Erregerwicklung 3 im Ständer
der Kommutatorhintermaschine wird über einen Frequenzwandler 7 und über den Regeltransformator
8 vom Netze aus gespeist. Um den Einfluß des induktiven Spannungsabfalles in der
Erregerwicklun-- 3 zu beseitigen, sind dieser Wicklung 0hmsche Widerstände i g von
derartiger Größe vorgeschaltet, daß der Ohmsche Spannungsabfall im gesamten Regelbereich
gegenüber dem induktiven vorherrschend ist. Die Spannung in der Kompensationswicklung
17 des Frequenzwandlers 7 soll nun gemäß der Erfindung dazu benutzt werden, die
am Transformator 8 einmal eingestellte Diehzahl der Maschine i bei wachsender Belastung
zu senken, um Schwungmassen zum Ansprechen zu bringen und damit Belastungsstöße
vom Netz fernzuhalten. Der Frequenzwandler 7 wird dazu mit einer Drehzahl angetrieben,
deren Frequenz bei Untersynchronismus gleich ist der Netzfrequenz, vermehrt um die
Schlupffrequenz der Maschine i. Um dies zu erreichen, ist ein Asynchronmotor 2o
vorgesehen, der im Ständer an das Netz, im Läufer an die Sekundärspannung der Maschine
1 angeschlossen ist, wobei das seiner Läuferwicklung zugeführte Drehfeld im entgegengesetzten
Sinne umläuft als der Läufer selbst.
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Abb.3 zeigt eine Anordnung, bei der das neue Verfahren an einem Frequenzwandler
zur Anwendung kommt, der unmittelbar in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine
i eingeschaltet ist. Außer mit dem genannten Frequenzwandler 7 ist mit der Maschine
i noch ein weiterer Frequenzwandler 21 mechanisch gekuppelt, der keine Kompensationswicklung
besitzt. Die Schleifringe der beiden Frequenzwandler sind miteinander verbunden;
der Kommutator des Frequenzwandlers 21 wird über einen Regeltransformator 13 und
über Hilfsschleifringe von einer Hilfswicklung im Sekundärteil der Maschine i gespeist.
Die Drehrichtung des dem Frequenzwandler 21 am Kommutator zugeführten Drehfeldes
ist derart gewählt, daß die Frequenz an den Schleifringen der beiden Frequenzwandler
gleich ist der Rotationsfrequenz, vermindert um die Schlupffrequenz der Maschine
i. Die Anordnung nach Abb. 3 dient zur Beeinflussung der Drehzahl der Maschine i
in Abhängigkeit von der Belastung und zur Phasenkompensierung, ähnlich wie dies
bisher mittels Einschaltung eines Reihenschlußmotors in den Sekundärstromkreis der
Asynchronmaschine erreicht wurde. Während jedoch durch die Einschaltung eines Reihenschlußmotors
"die Charakteristik der Maschine i gemäß der Geraden 14 in dem Diagramm der Abb.
q., also in linearem Verhältnis zur Belastung, geändert wird, verläuft die Charakteristik
bei der Anordnung nach Abb. 3 etwa gemäß der Kurve 15. Die. Drehzahl sinkt also
mit steigender Belastung zunächst nur wenig, später jedoch um so stärker. Diese
annähernd quadratische Senkung der Drehzahl wird durch die Induktionsspannung in
der Kompensationswicklung des Frequenzwandlers
7 herbeigeführt,
die sich zu seiner Kommutatorspannung addiert.
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Die Kommutatorfrequenzwandler 6 und 2 i in Abb. i und 3 der Zeichnung
können auch durch Frequenzwandler ersetzt werden,, die als gewöhnliche Asynchronmaschinengebaut
sind.