DE508494C - Anordnung zur Aufhebung des induktiven Spannungsabfalles in der Erregerwicklung vonin den Sekundaerstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschalteten Kommutator- hintermaschinen, die im Staender mit Schlupffrequenz erregt sind - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
30. SEPTEMBER 1930

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 508494 KLASSE 21 d² GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. Oktober 1928 ab

Bei Kommutatorhintermaschinen, die zwecks Drehzahlregelung der asynchronen Vordermaschine im Ständer mit Schlupffrequenz erregt werden, tritt bekanntlich die Schwierigkeit auf, daß zwar der Ohmsche Widerstand der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine seinen konstanten Wert beibehält, daß hingegen der induktive Widerstand sich proportional der Schlupffrequenz ändert, so

ίο daß bei Speisung der Erregerwicklung mit einer Spannung konstanter Phase das Erregerfeld seine Phasenlage mit der Schlüpfung ändert, was unzulässig ist. Um dies zu vermeiden, ist es bereits bekannt, die Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine in Hintereinanderschaltung von zwei Spannungen zu speisen, die um 90⁰ in der Phase gegeneinander verschoben sind und von denen die eine proportional dem Erregerstrom, die zweite proportional dem Erregerstrom und proportional der Schlüpfung anwächst. Die Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine ist dazu einerseits an einen vom Netz gespeisten Frequenzwandler angeschlossen, der die Ohmsche Spannungskomponente für die Erregerwicklung liefert, andererseits an einen vom Sekundärteil der asynchronen Vordermaschine aus gespeisten Transformator, der den induktiven Spannungsabfall deckt. Eine derartige Anordnung hat nun den Nachteil, daß der mit Schlupffrequenz gespeiste Transformator eben wegen der Schlupf frequenz sehr groß ausfällt. Außerdem fällt insbesondere bei großen Maschinenaggregaten der Regelapparat für den Transformator wegen der zu bewältigenden verhältnismäßig großen Leistung groß und schwerfällig aus.

Die Anordnung nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß zwar wiederum für die Deckung des Ohmschen Spannungsabfalles in der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine ein mit Netzfrequenz oder annähernder Netzfrequenz gespeister Frequenzwandler vorgesehen ist, daß aber statt des Transformators ein von der Sekundärspannung der Asynchronmaschine erregter und mit einer von der Drehzahl der Asynchronmaschine unabhängigen Drehzahl (insbesondere infolge Kupplung mit einer Synchronmaschine oder einer Hilfsasynchronmaschine) umlaufender Hilfsfrequenzwandler den Netzfrequenz oder annähernde Netzfrequenz führenden Stromkreis des Frequenzwandlers unmittelbar oder über Umformer mit einer dem Schlupf proportional anwach-

*) Von dem Palentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hermann Hai" in Berlin-Siemensstadt,

senden Spannung speist. Der mit Schlupffrequenz gespeiste Hilfsfrequenzwändler ist wesentlich kleiner als der obenerwähnte Transformator, da im Frequenzwandler die Schlupffrequenz auf Netzfrequenz umgewandelt ist. Dementsprechend ist auch der an die höhere Frequenz aufweisende Seite des Hilfsfrequenzwandlers angeschlossene Regelapparat wesentlich kleiner und leichter zu handhaben. Außerdem kann man nunmehr die Anordnung derart ausbilden, daß nur ein Regelapparat zur Beeinflussung der zur Deckung des Ohmschen und des induktiven Spannungsabfalles erforderlichen beiden Spannungs- komponenten notwendig ist, indem man diese beiden Spannungskomponenten vorher elektrisch miteinander vereinigt und dann erst dem Regelapparat zuführt.
In Abb. ι bezeichnet 1 eine in der Drehzahl und der Phasenkompensierung zu regelnde asynchrone Vordermaschine, in deren Sekundärstromkreis die hier mechanisch gekuppelte Kommutatorhintermaschine2 eingeschaltet ist. Diese besitzt im Ständer eine Kompensationswicklung 3 und eine Erregerwicklung 4. Ein kompensierter Frequenzwandler 5 dient zur Erregung der Hintermaschine 2 mit Schlupffrequenz. Er wird von der Synchronmaschine 9 mit Netzfrequenz angetrieben und an seinen Schleifringen 7 mit der Umdrehungsfrequenz der Hauptmaschine 1 gespeist. Die Erregung erfolgt über die Transformatoren 11 und 12, die zwecks getrennter Regelung von Drehzahl und Phase in bekannter Weise um 90 ° versetzte Spannungen liefern. Zur Umkehr der Spannungen besitzt die mit Anzapfungen versehene Sekundärwicklung des Transformators 11 einen Nullpunkt in der Mitte. Die Regelung selbst geschieht mittels der Kontakte 14 und 15. Die Primärwicklung 13 des Transformators 11 ist offen ausgeführt und wird einerseits von der mit der Hauptwelle gekuppelten Synchronmaschine 10 gespeist, die zur Erzeugung des Ohmschen Spannungsabfalls in der Erregerwicklung 4 dient und deshalb sehr klein wird, andererseits von den. Schleifringen 19 des HilfsfrequenzwandlersS. Dieser ist mit dem Frequenzwandler 5 gekuppelt und wird kommutatorseitig von den Hilfsschleifringen 16 der Hauptmaschine 1 mit Schlupffrequenz gespeist. Die Schaltang wird dabei so getroffen, daß für Untersynchronismus sich Schlupffrequenz der Hauptmaschine und Umdrehungsfrequenz des Hilf sfrequenzwandler 8 subtrahieren, für Übersynchronismus addieren. Demgemäß erscheint an den Schleifringen 19 jeweils die Umdrehungsfrequenz der Hauptmaschine 1. Die von den Maschinen 10 und 8 gelieferten Spannungen werden durch entsprechende Bürstenverstellung am Kommutator des Hilfsfrequenzwandlers 8 so eingestellt, daß sie aufeinander senkrecht stehen. Die von der Synchronmaschine 10 gelieferte Spannung ändert sich bei gleichbleibender Erregung etwa entsprechend der Drehzahlregelung der Hauptmaschine. Man kann dem dadurch Rechnung tragen, daß man einen kleinen Regelwiderstand 17 in den Erregerkreis der Synchronmaschine 10 einschaltet, den man am besten in 7" Abhängigkeit von der Stellung der Drehzahlregelkontakte 15 vergrößert oder verkleinert und damit die Spannung bei veränderlicher Drehzahl konstant hält.

Eine andere Anordnung zeigt Abb. 2. Hier bedeutet 1 wieder die asynchrone Vordermaschine, 2 die Hintermaschine. Die Erregerwicklung 4 der Hintermaschine wird von den Frequenzwandlern 19 und 5 in Reihe erregt. Der erste ist hier als unkompensierter Frequenzwandler dargestellt und dient für den Ohmschen Spannungsabfall. Er ist mit der Hauptwelle direkt gekuppelt und wird über die Schleifringe40 mit einer bekannten Transformatoranordnung 20 und 21 mit Netzfrequenz erregt. Der induktive Spannungsabfall wird von dem kompensierten Frequenzwandler 5 geliefert, der von einer Asynchronmaschine 24 angetrieben wird. Auf gleicher Welle sitzt der Hilfsfrequenzwändler 8, der die von den Hilfsschleifringen 16 entnommene Schlupfspannung auf höhere Frequenz fin diesem Falle Umdrehungsfrequenz der Maschine 24 + Schlupffrequenz) umformt und sie einer analogen Transformatorenanordnung 11 und 12 zuführt, wie sie auch der Frequenzwandler 19 hat. Von den Transformatoren 11 und 12 wird die Maschine 5 über die Schleifringe 7 erregt. Um Ohmsche und induktive Komponente gleichzeitig zu regeln, sind die auf Phase bzw. Drehzahl regelnden Kontakte 22 und 14 bzw. 23 und 15 jeweils zwangsläufig miteinander gekuppelt. Bei nur untersynchroner Regelung kann man den Frequenzwandler 19 sowie die zugehörigen Transformatoren 20 und 21 wegfallen lassen. Man muß dann die Erregerwicklung 4 auf einer Seite schließen. Die an sich fehlende rein Ohmsche Spannung wird hierbei von der Maschine 5 mitgeliefert; denn schon u« bei geringer Abweichung vom Synchronismus unterscheidet sich die resultierende Spannung an der Erregerwicklung von 4 nur wenig von der induktiven. Bemerkenswert hierbei ist, daß die Frequenz im Läuferkreis der Maschinen 5 und 8 unabhängig von der Netzfrequenz für die für beide Maschinen günstigste Frequenz festgelegt werden kann.

Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in Abb. 3 dargestellt. Sie erweitert die zuletzt erwähnte Schaltung (freie Drehzahl der Maschine 5) auch auf den

Durchgang durch den Synchronismus und damit für unter- und übersynchrone Regelung. Der Frequenzwandler 5, der wieder die Erregerwicklung 4 speist, wird zu diesem Zweck von der über den Frequenzwandler 8 geführten Schlupfspannung und von der vom Asynchrongenerator 25 gelieferten, um 90⁰ in der Phase gegen diese verschobene Spannung gespeist. Der Asynchrongenerator 25 wird seinerseits von der Drehstromerregermaschine 26 erregt. Da die Asynchronmaschine 25 nur für den Ohmschen Spannungsabfall aufzukommen hat, wird sie und damit ihre Erregermaschine 26 wie auch die Maschine 10 in Abb. ι sehr klein. Da die Maschinen 5, 8, 25. 26 alle auf gleicher Welle sitzen und gemeinsam angetrieben werden, ist die Frequenz im Regelkreis (Schleifringe 7, 18, 27, Transformatoren 11 und 12) \'on der Netzfrequenz unabhängig und wieder für die günstigsten Verhältnisse wählbar, z. B. bei anormaler Frequenz im Hauptnetz. Die Regelung nach Drehzahl und Phase geschieht mit den verstellbaren Kontakten 14 und 15 an der Sekundärwicklung des Transformators 11.

Es ist überhaupt grundsätzlich möglich, alle für Regelsätze mit läufererregten Hintermaschinen entwickelten Schaltungen dann zu verwenden, wenn zur Erregung der ständererregten Hintermaschine, wie häufig, eine bzw. zwei läufererregte Maschinen benutzt werden. Es ist dann nur notwendig, bei Verwendung einer Maschine zu ihrer Erregung eine vom Schlupf unabhängige bzw. nahezu unabhängig.¹ Spannung mit einer vom Schlupf abhängigen und gegen jene um 90° versetzten Spannung in irgendeiner Weise zu vereinigen bzw. bei Verwendung von zwei läufergespeisten .Maschinen die eine durch die schlupfunabhängige und die andere durch die schlupfabhängige Spannung zu beeinflussen.

Man kann daher auch die dort häufig verwendeten Schaltungen mit Erregeru-mformer \erwenden. Abb. 4 zeigt eine derartige Schaltung mit asynchronem Erregerumformer und Abb. 5 eine mit synchronem. In Abb. 4 bezeichnet ι wieder die Hauptmaschine, 2 die Hintermaschine, 5 die läufererregte Hilfserregermaschine. Diese wird von der mit der Hauptwelle gekuppelten Asynchronmaschine

28 erregt, die ihrerseits über den Frequenzwandler bzw. die Drehstromerregermaschine

29 erregt wird. Diese erhält ihre Erregung wieder über die Transformatoren 11 und 12.

Die Primärwicklung von 11 wird von der Netzspannung und der über den Hilfsfrequenzwandler 8 geführten, um 90⁰ in der Phase gegen diese verschobenen Schlupfspannung' gespeist. An den Schleifringen 30 herrscht demnach Netzfrequenz, im Ständer der Maschine 28 die Schlupffrequenz der Maschine 29 bzw. 31, an den Schleif ringen 7 der Maschine 5 die Umdrehungsfrequenz der Maschine 29 bzw. 31 -J- der Schlupffrequenz von 1. In der Maschine 5 subtrahiert sich hiervon die Umdrehungsfrequenz der Hilfsteile (Maschinen 5, 29, 31), so daß die Erregerwicklung 4 mit der richtigen Frequenz gespeist wird.

Albb. 5 zeigt schließlich noch eine Anordnung, wo der vom Sekundärstromkreis aus gespeiste Frequenzwandler 8 seine proportional der Schlüpfung anwachsende Spannung dem die Umdrehungsfrequenz der Hauptwelle führenden Läuferkreis des Freqii-enzwandlers 5 über eine synchrone Drehfeldererregermaschine 34 zuführt. Erregertransformatoren fallen hier weg. Die mit Netzfrequenz an den Schleifringen 18 erscheinende Schlupfspannung wird zunächst einem Einankerumformer 32 zugeführt und in Gleichstrom umgeformt. Sie speist dann über die regelbaren Widerstände 39 und 40 die Erregerwicklungen 36 und 37, die zur Erzeugung der induktiven Komponenten der Drehzahl- bzw. Phasenspannungen dienen. Die Ohmschen Komponenten dieser Spannungen werden über die regelbaren Widerstände 41 und 42 in den ebenfalls senkrecht aufeinanderstellenden Erregerwicklungen 35 und 38 erzeugt. Alle vier Wicklungen sind zu einem Sternpunkt 44 vereinigt, der herausgeführt und an den einen Pol 43 angeschlossen ist, so daß sich also in jeder Erregerwicklung der zugehörige Strom ungehindert ausbilden kann. Die konstante Spannung wird von einer besonderen Gleichstromquelle geliefert. Es ist natürlich möglich, die Anordnungen der vier Erregerwicklungen noch anders zu treffen, die obige behandelt lediglich das Prinzip. Die zusammengehörigen Kontakte 40 und 41 sowie 39 und 42 sind zweckmäßig miteinander gekuppelt, um mit jeder Änderung einer Ohmschen Komponente auch die zugehörige induktive tnitzuregeln. Auf der gleichen Welle mit dem Einankerumformer 32 befindet sich noch der bereits mehrfach erwähnte Frequenzwandler 5 sowie ein gemeinsamer synchroner Antriebsmotor 45. Mit Hilfe von Erregerumformern ist es bekanntlich möglich, die Stromstärken in den eigentlichen Regelkreisen auf jedes gewünschte Maß herabzudrücken. Zugleich fallen damit die sie beeinflussenden Hilfsmaschinen in ihrer Größe sehr klein aus. Dies ist aber erwünscht, weil es sich 'bei diesen Maschinen meist um Kammutatormaschinen handelt, bei den Erregerurnformern dagegen in der Hauptsache um kommutatorlose Maschinen.

Die behandelten Anordnungen stellen Beispiele des Erfindungsgedankens dar, es ist natürlich möglich, Vertauschungen unter den

einzelnen Maschinen vorzunehmen, ohne daß sich an dem Prinzip etwas ändert. Voraussetzung ist, daß die Frequenzbedingungen in den einzelnen Kreisen eingehalten werden.
Es ist natürlich klar, daß der Frequenzwandler 8 statt an die Hilfsschleifringe 16 auch an die Hauptschleifringe oder eine besondere mit der Hauptmaschine ι gekuppelte Hilfsinduktionsmaschiiie angeschlossen werden kann, die primär am Netz liegt und deren Sekundärteil den Frequenzwandler 8 speist.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Anordnung zur Aufhebung des induktiven Spannungsabfalles in der Erregerwicklung von in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschalteten Kommutatorhintermaschinen, die im Ständer mit Schlupf frequenz erregt sind und bei denen zur Aufhebung des Ohmschen Spannungsabfalles in der Erregerwicklung ein mit Netzfrequenz oder annähernder Netzfrequenz gespeister Frequenzwandler vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Sekundär spannung der Asynchronmaschine erregter und mit einer von der Drehzahl der Asynchronmaschine unabhängigen Drehzahl (insbesondere infolge Kupplung mit einer Synchronmaschine oder einer Hilfsasynchronmaschine) umlaufender Hilfsfrequenzwandler den Netzfrequenz oder annähernde Netzfrequenz führenden Stromkreis des Frequenzwandlers unmittelbar oder über Umformer mit einer dem Schlupf proportional anwachsenden Spannung speist.

   Hierzu I Blatt Zeichnungen