DE495109C - Einrichtung zur Beeinflussung des Regelvorganges von Asynchronmaschinen - Google Patents

Einrichtung zur Beeinflussung des Regelvorganges von Asynchronmaschinen

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DE495109C
DE495109C DES80677D DES0080677D DE495109C DE 495109 C DE495109 C DE 495109C DE S80677 D DES80677 D DE S80677D DE S0080677 D DES0080677 D DE S0080677D DE 495109 C DE495109 C DE 495109C
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frequency
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asynchronous
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DES80677D
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English (en)
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Dr-Ing Michael Liwschitz
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/34Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter
    • H02K17/38Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter with a commutator machine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Kommutatorfrequenzwandler 6 und 2 i in Abb. i und 3 der Zeichnung können auch durch Frequenzwandler ersetzt werden,, die als gewöhnliche Asynchronmaschinengebaut sind.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Beeinflussung des Regelvorganges von Asynchronmaschinen mittels eines entweder unmittelbar in deren Sekundärstromkreis oder in den Schlupffrequenz führenden Erregerstromkreis einer Kommutatorhintermaschinemit der Kommutatorseite eingeschalteten Frequenzwandlers mit Kompensationswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Läufers des Frequenzwandlers bei untersynchronem Lauf der asynchronen Vordermaschine größer gehalten ist als die Rotationsgeschwindigkeit seines Drehfeldes, während bei übersynchronem Betrieb die Rotationsgeschwindigkeit des Läufers kleiner als die Rotationsgeschwindigkeit des Drehfeldes ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da.ß der Frequenzwandler an seinen Schleifringen mit einer Frequenz gespeist wird, die gleich ist seiner Rotationsfrequenz, vermindert um die Schlupffrequenz der asynchronen Vordermaschine.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler mit einer solchen Drehzahl angetrieben wird, daß die ihr entsprechende Rotationsfrequenz gleich ist der den Schleifringen des Frequenzwandlers zugeführten Netzfrequenz, vermehrt um die Schlupffrequenz der asynchronen Vordermaschine. q..
  4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Frequenzwandler (zweckmäßig ohne Kompensationswicklung) vorgesehen ist, der mit dem erstgenannten rrequenzwandler, insbesondere infolge mechanischer Kupplung, synchron läuft und einerseits an eine die Schlupffrequenz der asynchronen Vordermaschine führende Stromquelle, andererseits an die Schleifringe des ersten Frequenzwandlers angeschlossen ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequ@enzwandler mit einem synchronisierten Asynchronmotor gekuppelt ist, dessen Ständer-und Läuferwicklung einerseits mit Netzfrequenz, andererseits mit Schlupffrequenz derartig gespeist werden, daß bei untersynchronem Lauf der asynchronen Vordermaschine der Asynchronmotor übersynchron läuft.
  6. 6. Einrichtung. nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die_beiden miteinander gekuppelten Frequ-enzwandler entweder mit der asynchronen Vordermaschine oder mit einem Hilfsasynchronmotor gekuppelt sind.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch i bis 6, bei welcher der mit Kompensationswicklung ausgerüstete Frequenzwandler in den Schlupffrequenz führenden Erregerstromkreis einer mit der asynchronen Vordermaschine synchron laufenden Kommutatorhintermaschine eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kompiensationswicklung des Frequenzwandlers induzierte Spannung die durch die Drehzahländerungen derKommutatorhintermaschine bedingten Abweichungen ihrer Kommutatorspannung vom Sollbetrage aufhebt. B. Einrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kompensationswicklung des Frequenzwandlers induzierte Spannung die Drehzahlcharakteristik der asynchronen Vordermaschine in Abhängigkeit von der Belastung beeinflußt.
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