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Verfahren zur verlustlosen Regelung von Induktionsmotoren mittels
Kommutatorhintermaschinen, bei welcher von den Induktionsmotoren bei kleinerer Drehzahl
kleinere Drehmomente gefordert werden Es ist bekannt, die Drehzahl von Induktionsmotoren
verlustlos zu regeln. Zu diesem Zwecke kann die Schlupfenergie in einer Komrnutatorhintermaschine
umgeformt und an die Welle des Hauptmotors oder an das Netz zurückgegeben werden.
Hierbei erfolgt die eigentliche Regelung in .der Weise, daß die Spannung der Hintermaschine,
z. B. durch Änderung ihrer Erregung, von Null bis zu einem gewissen Betrage verändert
wird; die jeweils vorhandene Hintermaschinenspannung bestimmt die Schlupfspannung
des Vordermotors und damit die Drehzahl desselben.
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Man hat ferner vorgeschlagen, die Drehzahl auch dadurch verlustlos
zu regeln, daß die Stillstandsspannung des Vordermotors durch Umschaltung seiner
Läuferwicklung geändert wird. Die Erfindung bedient sich zum Zwecke einer günstigen
Bemessung der Kommutatorhintermaschine beider Mittel, wenn die angetriebene Maschine
bei kleiner Drehzahl kleinere Momente erfordert.
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Erfindungsgemäß wird in diesem Falle die Stillstandsspannung des Vordermotors
innerhalb des Regelbereiches soweit geändert, daß die Hintermaschine in allen Regelstufen
bei der jeweiligen Last konstanten oder nahezu konstanten Strom führt. Falls eine
kontinuierlicheAnpassung der Stillstandsspannung an die vorliegende Drehmomentcharakteristik
zu Schwierigkeiten führen sollte, wird vorgeschlagen, in Stufen zu regeln, wobei
immer die lediglich an derKommutatormaschine vorgenommene Regelung mit derjenigen
Regelung abwechselt, mit der die Läuferstillstandsspannung des Vordermotors geändert
wird.
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Das neuartige Regelverfahren und seine Vorteile seien an Hand eines
Ausführungsbeispieles und an Hand von Diagrammen näher erläutert. Wie bei jeder
elektrischen Maschine wird auch die Größe der Kommutatorhintcrmaschine durch Spannung
und Strom bestimmt, und zwar durch die höchsten, im Betrieb auftretenden Werte dieser
beiden Größen. Die -Stromstärke der Hintermaschine ist gleich dem Schlupfstrom und
daher proportional dem Drehmoment des Vordermotors. Die Spannung der Hintermaschine
ist proportional dem positiven oder negativen Schlupf, d. h. proportional dem Drehzahlregelbereich
über und unter der synchronen Drehzahl. Liegt konstantes Drehmoment vor, so steigt
die Größe der Hintermaschine mit steigendem Regelbereich. Liegt eine Charakteristik
der anzutreibendenMaschine vor, die bei kleineren Drehzahlen nur kleinere Drehmomente
erfordert, so war bisher keine Möglichkeit vorhanden, die Hintermaschine günstiger
zu bemessen
als nach :den vorhergehenden überlegungen. Denn die
Hintermaschine mußte für die maximalen Werte von Strom und Spannung berechnet sein,
obgleich diese nicht gleichzeitig auftreten. Bei untersynchronem Betrieb sind hohe
Spannungen mit kleinen Stromstärken (bei niedrigen Drehzahlen) und kleine Spannungen
mit hohen Stromstärken (bei höheren Drehzahlen) verknüpft. Die Hintermaschine mußte
daher auf Grund bisheriger Erkenntnisse im Eisen für die niedrigste Drehzahl, im
Kupfer für die höchste Drehzahl bemessen werden; sie war also in keinem Betriebspunkt
voll ausgenutzt.
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Arbeitet z. B. ein Hauptmotor mit einer sekundären Stillstandsspannung
von iooo Volt und mit einem Schlupfstrom, der bei Vollast 5oo Amp. beträgt, so ist
für eine Drehzahl von 5o°/" untersynchron der dem Vollastdrehmoment entsprechende
Strom ebenfalls 5oo Amp., und die Phasenleistung der Hintermaschine würde 25o kW
betragen. Ist aber gemäß der vorliegenden Drehmomentcharakteristik das Drehmoment
für diese Drehzahl nur 25°o des normalen, so geht der Strom auf 125 Amp. und die
Leistung pro Phase auf 62,5 kW zurück. Da jedoch die Maschine bei anderen Betriebsdrehzahlen
den dem vollen Drehmoment entsprechenden Strom von 5oo Amp. führen muß, so kann
sie trotz des geringeren Drehmoments bei niedrigeren Drehzahlen nicht für geringereLeistung
bemessen werden.
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Es werde nun die Stillstandsspannung des Vordermotors, z. B. mit Hilfe
einer Umschaltung der Läuferwicklung, auf 250 Volt, d. h. auf den vierten
Teil des ursprünglich angenommenen Wertes herabgesetzt. Dann ist die sekundäre Spannung
bei 50 °/ö untersynchron 125 Volt, während der dem vollen Drehmoment entsprechende
Strom viermal größer ist als vorher, also einem Wert von 5oo Amp. entspricht. Verwendet
man daher die beschriebene Regelung, so kann man die Hintermaschine bei maximalem
Schlußstrom des Hauptmotors für ein Viertel der Spannung, also wesentlich kleiner
bemessen.
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Die Abb. i zeigt diese Vorteile bei einer Anordnung, bei .der das
Drehmoment der Belastung in Abhängigkeit von der Drehzahl einen quadratischen Verlauf
hat. L, gibt die Größe der Hintermaschine in Abhängigkeit von der tiefsten Regeldrehzahl
an, wenn die Hintermaschine auf Grund des bekannten Regelverfahrens bemessen wird;
wenn aber gemäß der Erfindung die Stillstandsspannung des Vordermotors entsprechend
geändert wird, so ist die Größe der Hintermaschine der mit L2 bezeichneten Kurve
zu entnehmen. Nach dieser Kurve kann die Hintermaschine in allen Regelstufen bei
der jeweiligen Last konstanten Strom führen.
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Die an Stelle einer kontinuierlichen Regelung praktisch leichter ausführbare
Regelung in Stufen gibt Abb. 2 an. Es sind hier drei Stufen verwendet. Die Größe
der Hintermaschine ist bei Anwendung :der bisher bekannten, mit konstantem Strome
arbeitenden Regelverfahren und unterZugrundelegungdreier verschiedener Werte der
Stillstandspannung durch die Linien i, 2 und 3 gegeben. Stellt L2 wieder den Verlauf
:der durch die Arbeitsmaschine bedingten Hintermaschinenleistung in Abhängigkeit
von der Drehzahl :dar, so kann bei derjenigen Drehzahl auf die niedrigere Stillstandsspannung
umgeschaltet werden, bei der :die Bemessungslinien i, 2 und 3 oberhalb der geforderten
Leistungslinie verlaufen. Es ist demnach möglich, mit einer Hintermaschine von der
Größe A, die normalerweise für eine Regelung nur bis zur Drehzahl B ausreichen würde,
eine Regelung bis zur geforderten tiefsten Drehzahl C vorzusehen, für die bisher
eine Hintermaschine von der Größe D notwendig war.
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Die für die Regelung nach der Erfindung notwendigen Mittel -sind an
und für sich bekannt. Zur Regelung mittels Kommutatormaschine können z. B. in deren
Erregerkreis Regelorgane vorgesehen werden. DieRegelung der Stillstandsspannung
kann durch Stufentransformatoren im Primär- oder Sekundärstromkreise, durch Sterndreieckschaltung
der Ständerwicklung oder Dreiecksternschaltung der Läuferwicklung erfolgen.