DE510119C - Kaskadenschaltung von Asynchronmaschine und Kommutatormaschine - Google Patents

Description

Bei der Kaskadenschaltung einer Asynchronmaschine mit einer Kommutatorhintermaschine beliebiger Bauart kann der Einfluß der Schlüpfung auf die Leistung der Asynchronmaschine bekanntlich dadurch aufgehoben werden, daß durch entsprechende Beeinflussung eines Erregerkreises der Hintermaschine in ihr eine Spannung induziert wird, die der im Rotor des Hauptmotors induzierten Schlupfspannung wenigstens angenähert entgegengesetzt gleich ist. Führt man ferner in den Läuferkreis der Kaskade durch einen zweiten Erregerkreis der Hintermaschine eine zweite Spannung ein, die konstant sein oder in beliebiger Abhängigkeit zu irgendeiner Betriebsgröße stehen kann, so ist der Läuferstrom der Kaskade gleich dem Quotienten aus dieser Spannung und dem gesamten Widerstand des Läuferkreises.

ao Durch den Läuferstrom sind auch Wirkleistung und Blindleistung des Asynchronmotors festgelegt. Ist die durch den ersten Erregerkreis bedingte Spannung der Hintermaschine nicht der Schlupfspannung, sondern der an den Schleifringen der Asynchronmaschine bestehenden Spannung entgegengesetzt gleich, so verliert auch der Widerstand des Läufers des Hauptmotors seinen Einfluß auf den Läuferstrom. Maßgebend ist nur noch der Widerstand der Kommutatorhintermaschine. Hat die durch den ersten Erregerkreis induzierte Spannung nur annäherungsweise den oben vorgeschriebenen Wert, so wird der Einfluß der Schlüpfung des Asynchronmotors auf seine Leistung nicht vollständig aufgehoben, doch ist dieser Einfluß viel geringer als beim selbständig arbeitenden Asynchronmotor. Oft wird nun verlangt, daß die die Leistung bestimmende Komponente des Läuferstromes und die entsprechende Komponente des Stromes im zweiten Erregerkreis bei einer bestimmten Drehzahl des Hauptmotors zu Null werden sollen, unabhängig von ihrer Größe bei anderen Drehzahlen, bei denen sie beispielsweise konstant seien. Diese Drehzahl stellt dann eine Leerlaufdrehzahl des Asynchronmotors dar. Die gestellte Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daß der Strom des zweiten Erregerkreises durch selbsttätige Regler in Abhängigkeit von der Drehzahl geregelt wird. Da aber diese Lösung stets die Gefahr des Versagens mit sich bringt, ein Versagen aber sehr schwerwiegende Folgen, z. B. eine unzulässige Drehzahlerhöhung, mit sich bringen kann, ist eine Lösung, die das gleiche Ziel ohne Verwendung von selbsttätigen Reglern erreicht, der angegebenen weit überlegen.

Für den Sonderfall, daß die Leerlaufdrehzahl gleich; der synchronen Drehzahl sein soll, sind schon entsprechende Mittel bekannt. Beispielsweise kann bei beliebiger Größe der speisenden Spannung der Strom der zweiten Erregerwicklung dadurch bei synchroner Drehzahl zu Null gemacht werden, daß vor die Erregerwicklung ein zweispuliger Transformator geschaltet wird. Bei synchroner

Drehzahl des Hauptmotors, bei der der Transformator mit Frequenz Null arbeitet, ist die Kopplung zwischen beiden Spulen des Transformators und demnach auch der Sekundärstrom gleich Null unabhängig vom Wert des primären Stromes.

Die Einstellung einer beliebigen Leerlaufdrehzahl kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß in einem oder beiden

ίο Erregerkreisen Frequenzumformer vorhanden sind, durch welche in einem Teil des betreffenden Erregerkreises eine Frequenz erzeugt wird, welche zwar von der Drehzahl des Hauptmotors abhängig, aber von der Schlupf frequenz verschieden ist und die bei irgendeiner Drehzahl innerhalb des Regelbereichs der Kaskade zu Null wird, während die Erregerwicklungen selbst mit richtiger Frequenz erregt werden. Diese Frequenz ist für die ständergespeiste Hintermaschine die Schlupf frequenz, für die läufergespeiste Maschine die Netzfrequenz oder annähernd Netzfrequenz. Der Erfindungsgedanke ist bei der ständergespeisten und bei der läufergespeisten Hintermaschine anwendbar. Den folgenden Beispielen liegt die ständergespeiste Hintermaschine zugrunde, die mit dem Hauptmotor gekuppelt oder auch fremd angetrieben werden kann.

Die verlangte Speisung eines Teils des Erregerkreises mit von der Schlupffrequenz

' verschiedener Frequenz kann nun dadurch erreicht werden, daß dieser Teil zwischen zwei Frequenzumformer geschaltet wird. Ein Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 1. In ihr sind ebenso wie in den folgenden Abbildungen alle Verbindungsleitungen nur einphasig gezeichnet, doch gilt sie für beliebige Phasenzahl im Ständer- und im Läuferkreis, a bedeutet den Asynchronmotor mit den Schleifringen b, c die Kommutatorhintermaschine mit den Erregerwicklungen d und e. Die Vorrichtungen zum Anlassen der Gruppe sind nicht gezeichnet. Die Erregerwicklung d ist über einen Widerstand f an die Schleifringe b angeschlossen; der Widerstand soll im ganzen Regelbereich ein Mehrfaches des induktiven Widerstandes des Erregerstromkreises betragen und so bemessen sein, daß der Strom der Wicklung d in der Hintermaschine eine der Schleifringspannung des Hauptmotors wenigstens angenähert entgegengesetzt gleiche Spannung induziert. Die Erregerwicklung e wird vom Netz aus beispielsweise über den HilfstransformatOr h, den in bekannter Weise mit dem Hauptmotor gekuppelten Frequenzumformer g, den Widerstand i und über den noch näher zu erläuternden Umformersatz k und / gespeist. Der Kreis des Widerstandes 0 wird erst später behandelt. Der Widerstand i ist so- groß, daß er im ganzen Regelbereich von maßgebendem Einfluß auf den Strom der Wicklung e ist, solange nicht der Magnetisierungsstrom des Frequenzumformers k sehr groß ist.

Die beiden Frequenzumformer k und / müssen starr miteinander gekuppelt sein derart, daß für beide das Produkt aus Polzahl und Drehzahl den gleichen Wert hat. Sie Averden vom Hauptmotor, dessen Drehzahl 11 sei, durch mechanische oder elektrische Übertragung angetrieben, so daß der Umformer k die Drehzahl % hat. Starre Kupplung zwischen dem Hauptmotor und dem Umformersatz ist nicht erforderlich. Damit die Leerlauf drehzahl des Hauptmotors einstellbar ist, muß das Übersetzungsverhältnis

— = α veränderlich sein. Dies kann bein

spielsweise durch die gezeichnete Riemenübertragung mit zwei konischen Scheiben m und η erreicht werden oder auch dadurch, daß der Umformersatz von einem fremderregten Gleichstrommotor angetrieben wird, der von einem mit dem Hauptmotor gekuppelten fremderregten Gleichstromgenerator gespeist wird. Durch Änderung der Erregung einer der beiden Gleichstrommaschinen kann das Übersetzungsverhältnis eingestellt werden. Bedeutet f die Netzfrequenz und J die Schlüpfung des Hauptmotors, die bei übersynchronem Lauf mit negativem Zahlenwert einzusetzen ist, p die Polpaarzahl des Hauptmotors und p_n die Polpaarzahl des Frequenzumformers k, so ist bei entsprechender Riehtung der Phasenfolge und Drehrichtung der beiden Frequenzumformer die Frequenz auf ihrer Schleifringseite

Die Frequenz auf der Kommutatorseite des Umformers Z ist

f. s (2)

Es ist also die Bedingung erfüllt, daß die Erregerwicklung e der Hintermaschine trotz der wiederholten Frequenzumformung stets mit Schlupf frequenz arbeitet. Wird nun ferner die Übersetzung α so eingestellt, daß die Frequenz /V bei einer bestimmten Schlüpfung s₀ des Hauptmotors zu Null wird, so ist bei dieser Schlüpfung der Strom auf der Schleifringseite des Frequenzumformers k unabhängig vom Wert des über den Widerstands zugeführten Stromes gleich Null, da in diesem Falle das Feld des Umformers synchron mit der Wicklung rotiert. Bei der Schlüpfung S₀ des Hauptmotors wirkt der iao gesamte, über den Widerstand/ zugeführte Strom als Magnetisierungsstrom des Fre-

quenzumformers Ii, er wird nicht auf die Wicklung e übertragen, diese ist also bei der Schlüpfung S₀ stromlos und die Leistung des Hauptmotors Null. Der Frequenzumformer k dient also nicht nur der Frequenzumformung, er übernimmt zugleich auch die Rolle des obenerwähnten zweispuligen Transformators, der eine Stromübertragung bei Frequenz ο verhindert. In aller Strenge gilt dies nur,

ίο wenn der Frequenzumformer k mit zwei getrennten Läuferwicklungen ausgestattet ist. Sind diese zu einer einzigen Wicklung vereinigt, so verteilt sich der über den Kommutator zufließende Gleichstrom entsprechend den Widerstandsverhältnissen auf die Läuferwicklung und auf den äußeren Stromkreis der Schleifringseite des Umformers. Meist ist dabei der Strom im äußeren Stromkreis sehr klein. Durch Einschaltung eines zwei-

ao spuligen Transformators zwischen die Frequenzumformer k und / kann der Übertritt eines Gleichstroms auf den Freqenzumformer I auch in diesem Fall vollständig vermieden werden. Damit schon bei recht kleiner Abweichung der Schlüpfung gegenüber dem Wert S₀ . der Strom des Widerstandes 2 voll auf die Erregerwicklung e übertragen wird, werden die Frequenzumformer k und / zweckmäßig mit sehr kleinem Magnetisierungsstrom ausgeführt. Ist der Magnetisierungsstrom beider Umformer verschwindend klein, so ist die Phasenverschiebung zwischen den Strömen auf der Kommutatorseite beider Umformer konstant, unabhängig von der Frequenz und von der Art des Antriebs der Umformer.

Damit bei Schlüpfung s₀ des Hauptmotors die Frequenz /„ zu Null wird, muß die Übersetzung

S₀ ρ

ei =

S₀) pu

sein. Es ist also die Leerlaufdrehzahl n₀ des Hauptmotors

6o f 'p + α ρ,,'

(3)

Um übersynchrone Leerlaufdrehzahl des Hauptmotors zu erreichen, muß also die Übersetzung α negatives Vorzeichen haben, d. h. die Drehrichtung des Umformersatzes k-l muß entgegengesetzt sein wie bei untersynchronem Leerlauf. Die gleiche Wirkung wie eine Änderung der Drehrichtung hat eine Vertauschung von zwei Phasen im Stromkreis zwischen den Umformern g und k und zwischen / und e.

Der Frequenzumformer k kann durch einen Asynchronmotor gleicher Polzahl ersetzt werden, dessen einer Teil, z. B. der Ständer, vom Strom des Widerstandes i gespeist wird, während der andere Teil den Frequenzumformer / speist. Der Frequenzumformer / muß bei synchroner Drehzahl des Hauptmotors Wechselstrom in Gleichstrom übertragen, er kann also nicht durch einen Asynchronmotor ersetzt werden.

Der Umformersatz k-l kann auch nach Abb. 2 in den hochfrequenten Teil des Erregerkreises eingeschaltet werden. In dieser Abbildung ist nur der zweite Erregerkreis der Hintermaschine gezeichnet. Es gelten die gleichen Bezeichnungen wie in Abb. 1. Der Frequenzumformer k wird primär mit der Frequenz/ gespeist, seine Sekundärfrequenz ist

(4)

und die Sekundärfrequenz des Umformers / ist = /. Über die Polzahl und die Drehzahl der beiden Frequenzumformer und über die Kupplung mit dem Hauptmotor gilt das gleiche wie in Abb. 1. Die Übersetzung α ist wieder so einzustellen, daß für eine verlangte Leerlaufschlüpfung S₀ des Hauptmotors die Frequenz f_u zu Null wird. Da im Gegensatz zur Schaltung nach Abb. 1 der Umformer k stets mit Netzfrequenz gespeist wird, ist hier die in Abb. 2 gezeichnete Schaltung zulässig, bei der die Schleifringe des Frequenzumformers k an die Primärseite angeschlossen werden. Bei dieser Schaltung wird aber, unabhängig vom Wert der Frequenz f_n, der den Schleifringen zugeführte Strom voll auf die Sekundärseite übertragen. Um beim Wert f_u — ο den Stromdurchgang durch den Umformersatz zu verhindern, muß eine besondere Vorrichtung vorgesehen werden, beispielsweise .kann zwischen die Umformer k und I too ein zweispuliger Transformator p geschaltet werden. Dieser kann wohl dadurch entbehrlich gemacht werden, daß der Frequenzumformer k mit seiner Kommutatorseite unter Zwischenschaltung des Widerstandes i an den Transformator h angeschlossen wird. Da aber der Transformator p mit kleinerem Magnetisierungsstrom gebaut werden kann als der Frequenzumformer k, ist meist die Schaltung nach Abb. 2 vorteilhafter. no

An Stelle des Transformators h kann eine beliebige Spannungsquelle der Netzfrequenz treten, die eine bestimmte Abhängigkeit des Stromes des zweiten Erregerkreises von irgendeiner Betriebsgröße bedingt. Ihr Wert bei derjenigen Drehzahl des Hauptmotors, bei der /„ == ο ist, ist bei allen Ausführungsbeispielen ohne Einfluß auf den Erregerstrom.

Es wurde auch eine Schaltung bekannt, bei der der Strom des zweiten Erregerkreises dadurch konstant gehalten wird, daß der Erregerkreis mit überwiegend induktivem

Widerstand ausgeführt und von einer dem induktiven Widerstand, also der Schlupffrequenz, proportionalen Spannung gespeist wird. Auch bei dieser Schaltung geht bei synchroner Drehzahl des Hauptmotors, also bei Schlupf frequenz Null, der hei anderen Drehzahlen konstante Erregerstrom auf Null zurück, da auch bei Schlupffrequenz Null der unvermeidliche Ohmsche Widerstand des

ίο Erregerkreises endlichen Wert behält.

Auch für diesen Fall kann der Erfindungsgedanke Anwendung finden, indem der induktive Widerstand wieder durch Frequenzumformung mit einer von der Schlupf-

sein, wobei k eine konstante ist. Diese Gleichung ist erfüllt, wenn die den Frequenzumformer speisende Spannung = k — · α ist

und wenn der Frequenzumformer mit einer vom Strom der Kommutatorseite durchflossenen Ständerwicklung m ausgestattet ist, deren effektive Windungszahl sich zu der effektiven Windungszahl der an den Kommutator angeschlossenen Wicklung verhält wie

p£_r übersynchronen Leerlauf

pu - a

ist wieder das Übersetzungsverhältnis α mit negativem Vorzeichen einzusetzen, die Durchflutung der Ständerwicklung muß dabei der Ankerwicklung gleichgerichtet sein; bei positivem a, also untersynchronem Leerlauf, ist sie entgegengerichtet. Mit wechselndem Übersetzungsverhältnis α muß sowohl die den Frequenzumformer speisende Spannung' als auch die Windungszahl der Ständerwicklung m geändert werden.

In allen Schaltungen können zwei von den drei vorhandenen Frequenzumformern zu einem einzigen Umformer vereinigt werden. Die Schaltung nach Abb. 1 geht dann über in die nach Abb. 4, in der die Buchstaben α bis k die gleiche Bedeutung wie in Abb. 1 haben. Der Frequenzumformer k tritt an Stelle der beiden Umformer k und / der Abb. 1. Zugleich ist auch die Polzahl des Frequenz-

5.0 Umformers g und seine Kupplung mit dem Hauptmotor eine andere als in Abb. ι. Es bezeichne wieder f die Netzfrequenz, p die Polpaarzahl des Hauptmotors und s dessen Schlüpfung. Ferner seien P₁ und W₁ die PoI-paarzahl und die Drehzahl des Frequenzumformers g, p₂ und ti₂ die des Frequenzumformers Jt-. Bezeichne noch —— = α und —— = δ

η η

die Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Hauptmotor und den beiden Frequenzumformern, die durch die Zahnradübertragunfrequenz abweichenden Frequenz gespeist wird, doch muß dabei auch die den induktiven Widerstand speisende Spannung der umgeformten Frequenz, nicht der Schlupffrequenz, proportional sein. Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Abb. 3, in der die Buchstaben a. bis h gleiche Bedeutung wie in Abb. 1 haben, i ist die zwischen die beiden Frequenzumformer k und / geschaltete Drosselspule, die von der Sekundärspannung des Frequenzumformers g gespeist wird. Die Frequenz f_u der Drosselspule ist wieder durch Gleichung 1 gegeben. Die Sekundärspannung des Frequenzumformers g muß also

(5)

gen / der Abb. 4 bewerkstelligt werden, so wird die Frequenz im Widerstand i bei entsprechender Richtung der Phasenfolge und Drehrichtung

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und die Frequenz, mit der die Wicklung e gespeist wird, ist

fe=i

(7)

Ist /„ = Null, d. h. wird die Schleifringseite des Frequenzumformers k mit Gleichstrom gespeist, so wird dieser Strom nicht auf die Kommutatorseite übertragen, es ist also der Strom der Wicklung I = Null, und der Hauptmotor läuft leer. Sowie die Frequenz /„ so weit von Null abweicht, daß der Magnetisierungsstrom des Frequenzumformers k vernachlässigt werden kann, wird der Strom des Widerstandest voll auf die Wicklung übertragen und bedingt eine bestimmte Leistung des Hauptmotors. Der Widerstand i kann auch teilweise oder ganz durch einen Öhmschen oder induktiven Widerstand in dem Teil des Erregerkreises ersetzt werden, der mit Netzfrequenz arbeitet.

Die Frequenz f_u ist Null, wenn 1 — s — ——

Pi' a

ist. Die Leerlaufdrehzahl des Hauptmotors ist also

-P_x- α ^w

Stets aber muß die Frequenz f_e = s ·/ sein, es muß also nach Gleichung 7

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sein. Die Übersetzungsverhältnisse α und b müssen durch starre Übertragung bewerkstelligt werden. Da nach Gleichung 8 und 9

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beide Übersetzungsverhältnisse α und b geändert werden müssen, um eine andere Leerlaufdrehzahl n₀ einzustellen, ist eine beliebig wechselnde Einstellung der Leerlaufdrehzahl bei Schaltung nach Abb. 4 schwierig. Dagegen ist die Schaltung sehr geeignet, um eine einzige, 'vorzugsweise im übersynchronen Gebiet liegende Leerlaufdrehzahl n₀ einzustellen, wie sie für manche Antriebe verlangt ist.

Abb. 5 zeigt schließlich noch für das Beispiel der Abb. 3 die Vereinigung von zwei Frequenzumformern in eine einzige, die Frequenz umformende Maschine. Die Buch-,₅ stäben α bis / und h haben gleiche Bedeutung wie in Abb. 3. i ist die Drosselspule, k der zweite Frequenzumformer und / der Zahnradantrieb. Für die FrequenzbezieHungen gelten wieder die Gleichungen 6 bis 9. Die Maschine g dient zur Umformung der Frequenz / in die Frequenz f_n. Ihre Sekundärspannung soll ihrer sekundären Frequenz proportional sein, damit der Strom der Drosselspule» bei von Null abweichender Frequenz /„ annähernd konstant ist, bei Frequenz Null aber auf Null zurückgeht. Die Maschine g wird demnach zweckmäßig als normale Asynchronmaschine ausgeführt, deren Ständer an das Netz und deren Läufer an die Drosselspule angeschlossen wird. Für ihre Polzahl und die Art ihres Antriebs gilt das gleiche wie für den Frequenzwandler g der Abb. 4.

Die Frequenzumformung kann auch in dem Erregerkreis der Hintermaschine erfolgen, . 35 der eine der Schleifringspannung des Asynchronmotors entgegengesetzt gleiche Spannung induziert. Wird infolge dieser Frequenzumformung bei einer bestimmten Drehzahl des Hauptmotors der Strom der ersten Erregerwicklung stark verkleinert, so kommt die vorher aufgehobene Schlupfspannung des Hauptmotors zur Geltung und bewirkt in Zusammenarbeit mit dem zweiten Erregerkreis bei einer bestimmten Drehzahl den Leerlauf des Hauptmotors. Die Schaltung kann beispielsweise nach Abb. 6 erfolgen, in der nur der erste Erregerkreis gezeichnet ist. α ist der Hauptmotor mit den Schleifringen b, d die Erregerwicklung, k ein mit dem Hauptmotor in bestimmtem Übersetzungsverhältnis, beispielsweise durch den konischen Riemenzug in und n, gekuppelter Frequenzumformer. Der Erregerwiderstand f hat den gleichen Wert wie in den früheren Abbildungen. Der Erregerwicklung d ist über den Frequenzumformer k ein Widerstand /_: parallel geschaltet, der groß gegenüber dem Widerstand der Wicklung d ist, so daß der über den Widerstand / zugeführte Strom zum über-6ü wiegenden Teil durch die Wicklung d fließt. Nur wenn die Frequenz auf der Schleifringseite des Frequenzumformers k zu Null wird, wird der Widerstand f₁ wirkungslos, der Frequenzumformer k stellt dann annähernd einen Kurzschluß parallel zur Wicklung d dar, und diese wird annähernd stromlos. Besonders einfach wird die Anordnung, wenn der Widerstand f_t unendlich groß gemacht wird, d. h. ganz wegfällt, wobei dann auch die Schleifringe des Frequenzumformers k wegfallen können, so daß dieser in einen Mehrphasenkommutatoranker übergeht. Die Schaltung ist auch für den zweiten Erregerkreis möglich. Reihenschaltung der Widerstände/ und Z₁ mit der Erregerwicklung bedingt eine Vergrößerung des Erregerstromes bei bestimmter Drehzahl.

Wird in irgendeiner der behandelten Schaltungen die Drehzahl des Hauptmotors durch äußeren Antrieb oder auch durch eine 8c plötzliche Frequenzsenkung über den Leerlaufwert erhöht, so arbeitet der Motor wieder motorisch, sucht sich also weiter zu beschleunigen, was oft nicht zulässig ist. Es wird deshalb zweckmäßig bei Durchschreiten der Leerlaufdrehzahl eine Umschaltung vorgenommen, die eine weitere Erhöhung der Drehzahl verhindert. Beispielsweise kann die Hintermaschine oder wenigstens ihr Erregerkreis abgeschaltet werden, noch wirksamer ist es, die Stromrichtung ihres zweiten Erregerkreises umzukehren, wodurch der Hauptmotor zum Generator wird. Die Umschaltung kann in Abhängigkeit von der Drehzahl erfolgen; größere Genauigkeit wird erreicht, wenn statt dessen die Umschaltung vom Wechsel der Phasenfolge in dem Teil des Erregerkreises abhängig gemacht wird, der bei Leerlauf mit der Frequenz Null arbeitet. Die Phasenfolge dieses Kreises ist ja bei Drehzahlen, die ober- too halb der Leerlaufdrehzahl liegen, die entgegengesetzte als bei Drehzahlen, die darunter liegen. Die Umschaltung kann beispielsweise durch einen kleinen Asynchronmotor oder Synchronmotor bewirkt werden, der, an diesen Teil des Erregerkreises angeschlossen, bei Drehzahlen über dem Leerlaufwert ein Drehmoment entgegengesetzter Richtung als bei Drehzahlen darunter ausübt.

Liegt die verlangte Leerlauf drehzahl des Hauptmotors im übersynchronen Gebiet, so kann eine unzulässige Drehzahlerhöhung auch durch entsprechende Sättigung der Hintermaschine vermieden werden. Wenn infolge starker Sättigung die Spannung der Hintermaschine bei steigender Drehzahl nicht mehr wächst, obwohl der Erregerstrom entsprechend ansteigt, geht die Leistung der Asynchronmaschine zunächst auf Null zurück und dann in generatorische Leistung über.

Phasenkompensation des Hauptmotors wird bekanntlich dadurch erreicht, daß einer der

Erregerkreise der Hintermaschine außer dem die Leistung beeinflussenden Strom einen 90 ° dagegen phasenverschobenen Strom führt. Soll im ganzen Regelbereich gleiche Verbesserung des Leistungsfaktors erreicht werden, so muß auch dieser zusätzliche Erregerstrom wenigstens angenähert konstant sein. Er kann z. B. im zweiten Erregerkreis der Hintermaschine fließen, wobei diesem Kreis ίο eine entsprechende zusätzliche Spannung aufzudrücken ist. Wenn aber bei Leerlauf des Hauptmotors der Widerstand dieses Kreises unendlich groß wird, verschwindet auch die Phasenkompensation, unabhängig vom Wert der speisenden Spannung, was oft nicht erwünscht ist. Doch kann dieser Wegfall der Phasenkompensation bei Leerlauf dadurch vermieden werden, daß der entsprechende Erregerstrom nicht über den Teil des Erregerkreises geleitet wird, dessen Widerstand bei Leerlauf unendlich groß wird. Der resultierende Strom des zweiten Erregerkreises darf dabei nicht durch Reihenschaltung von zwei Spannungen, die auf den gleichen Stromkreis wirken, gewonnen werden, sondern durch Parallelschaltung von zwei Strömen. So sind in Abb. 1 beispielsweise der schon früher behandelte Stromkreis des Widerstandes i und der des Widerstandes 0 parallel geschaltet. Die Ströme beider Kreise speisen die Wicklung e. Der Widerstand 0 ist an ein zweites Bürstensystem des Frequenzumformers g angeschlossen, das so eingestellt ist, daß die über den Widerstand 0 zugeführte Stromkomponente der Wicklung e gegen die Stromkomponente des Widerstandes i 90 ° phasenverschoben ist. Statt den Frequenzumformer g mit zwei Bürstenbrücken auszustatten, können natürlich auch zwei Erregerwickhingen der Hintermaschine vorgesehen werden, oder es kann auch der die Phasenkompensation bedingende Erregerstrom in einem vollständig getrennten Stromkreis fließen. Solange dieser Strom nicht über den Umformer-♦5 satz k-l geführt wird, bleibt die Phasenkompensation auch bei Leerlauf bestehen. Eine besonders einfache Schaltung für den Stromkreis des phasenkompensierenden Erregerstromes ergibt sich, wenn der Strom nicht 90 °, sondern 120⁰ gegenüber dem Strom des Widerstandes i phasenverschoben ist. Er hat dabei eine dem Strom im Widerstand? entgegengerichtete Komponente. Leerlauf des Hauptmotors ergibt sich dann bei derjenigen Drehzahl, bei der die Wirkung dieser letztgenannten Stromkomponente durch den über den Widerstand i zugeführten Strom aufgehoben wird. Bei den Schaltungen Abb. 4 und 5 bedingt die Überbrückung der Frequenzumformer g und k durch den Stromkreis-des phasenkompensierenden Erregerstromes die Verwendung eines besonderen, nicht gezeichneten Frequenzumformers, da die Spannung des Transformators h nicht die zur Speisung der Wicklung e geeignete Frequenz hat. ϊη allen Schaltungen kann Phasenkompensation bei Leerlauf auch durch einen von der Schleifringspannung de§ Hauptmotors gespeisten; entsprechend geschalteten Erregerkreis der Hintermaschine erreicht werden.

In allen behandelten Schaltungen kann bekanntlich auch die Erregung der Hintermaschine unter Vermittlung einer Erregermaschine erfolgen, die dann entsprechend erregt werden muß. In diesem Fall können die neu vorgeschlagenen Schaltungen auch im Erregerkreis der Erregermaschine Anwendung finden. Die beiden Erregerwicklungen d und e der Kommutatorhintermaschine So bzw. diejenigen der Erregermaschine können auch teilweise oder ganz zu einer Wicklung vereinigt werden, auf die zwei Spannungsquellen in Reihenschaltung oder zwei Stromkreise in Parallelschaltung arbeiten. Der Erfindungsgedanke ist auch anwendbar, wenn infolge entsprechender Bemessung des ersten Erregerkreises der Hauptmotor schon eine bestimmte Leerlaufdrehzahl hat. Es kann dann auf dem angegebenen Weg durch Einfügung einer zweiten Leerlaufdrehzahl eine manchmal wünschenswerte Änderung der Charakteristik des Motors erreicht werden. Obwohl in allen gezeichneten Beispielen die Schaltung so getroffen ist, daß bei synchroner Drehzahl des Hauptmotors der Widerstand der Erregerkreise gleichen Wert wie bei etwas abweichender Drehzahl hat, kann statt dessen in bekannter Weise der Widerstand des zweiten Erregerkreises auch bei dieser Drehzahl unendlich groß gemacht werden, wodurch sich eine weitere Leerlaufdrehzahl des Hauptmotors ergibt.

Claims (9)

1. Patentansprüche;

   i. Kaskadenschaltung von Asynchronmaschine (Hauptmaschine) und Kommutatorhintermaschine, bei der die Leistung der Asynchronmaschine durch einen Erregerkreis der Hintermaschine von der Schlüpfung wenigstens annähernd unabhängig gemacht und proportional dem Strom eines zweiten Erregerkreises ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem öder beiden Erregerkreisen Frequenzumformer vorhanden sind, durch welche in einem Teil des betreffenden Erregerkreises eine Frequenz erzeugt wird, die zwar von der Drehzahl des Hauptmotors abhängig, aber von der Schlupffrequenz verschieden ist, und die bei irgendeiner

   Drehzahl innerhalb des Regelbereiches der Kaskade zu Null wird, während die Erregerwicklungen selbst mit Schlupffrequenz erregt werden.
2. 2. Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung vom Erregerkreis über zwei im umgekehrten Verhältnis ihrer Polzahl starr miteinander gekuppelte, von der Haupt-ίο maschine angetriebene Frequenzumformer gespeist wird, welche den Stromdurchgang verhindern, wenn in ihrem Zwischenkreis die Frequenz Null besteht.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Hauptmotor und den beiden Frequenzumformern betriebsmäßig veränderlich ist.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 2, bei der ein Erregerkreis der Hintermaschine über einen Frequenzumformer gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Frequenzumformer mit einem der beiden vom Hauptmotor angetriebenen Frequenzumformer zu einer einzigen, die Frequenz umformenden Maschine vereinigt wird, die, ebenso wie der verbleibende zweite Frequenzumformer, mit dem Hauptmotor in bestimmtem, gegebenenfalls regelbarem Übersetzungsverhältnis starr gekuppelt ist.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 1 zur Erreichung einer von der synchronen Drehzahl verschiedenen Leerlauf drehzahl für die Hauptmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in Nebenschluß zu einer Erregerwicklung der Kollektorhintermaschine ein über einen Frequenzumformer gespeister Widerstand derart geschaltet ist, daß bei einer bestimmten Drehzahl des Hauptmotors der Frequenzumformer einen Kurzschluß der genannten Erregerwicklung darstellt, so daß die genannte Er-

   regerwicklung bei dieser Drehzahl stromlos wird.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 1, vorzugsweise zur Richtungsänderung des Stromes des zweiten Erregerkreises bei Durchgang durch die Frequenz Null, dadurch gekennzeichnet, daß an den Teil des Erregerkreises, dessen Frequenz bei Leerlauf des Hauptmotors Null ist, eine von der Phasenfolge abhängige Vorrichtung, beispielsweise eine Asynchronmaschine, angeschlossen ist.
7. 7. Schaltung nach Anspruch 1 zur Aufrechterhaltung der Phasenkompensation auch bei der Leerlaufdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem ersten Erregerstromkreis, der die vollständige oder teilweise Aufhebung der Schlupfspannung bewirkt und der im wesentlichen die übertragene Leistung bestimmt, noch ein zweiter, die Phasenkompensation des Hauptmotors bewirkender Erregerstromkreis vorhanden ist, in welchem nur eine einmalige Frequenzumformung von Netzfrequenz auf Schlupffrequenz stattfindet.
8. 8. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Hintermaschine durch eine mit zwei Erregerkreisen ausgestattete Erregermaschine erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil dieser Erregerkreise mit von der Schlupffrequenz abweichender, von der Drehzahl des Hauptmotors aber abhängigen Frequenz gespeist wird.
9. 9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Erregerwicklungen der Hintermaschine oder der Erregermaschine zu einer einzigen Wicklung vereinigt werden, auf die zwei Spannungsquellen in Reihenschaltung oder zwei Stromkreise in Parallelschaltung arbeiten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen