DE511233C - Anordnung zur Erregung von Kommutatormaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 27. OKTOBER 1930

REICHS PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 511233 KLASSE 21 d²

Anordnung zur Erregung von Kommutatormaschinen Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. Juli 1928 ab

Für die Selbsterregung von Kommutatormaschinen, insbesondere von zur Phasenkompensierung oder Drehzahlregelung in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschalteten Kammutatorhäntermaschinen ist es bekannt, die Erregerwicklung im Ständer anzuordnen und an die Bürsten des Kommutators anzuschließen. Die Erregerwicklung wird dabei mit einem Strom von wesentlich

ίο geringerer Frequenz (bei Kommutatorhintermaschinen mit Schlupffrequenz), als in den Windungen der Kommutatorwicklung herrscht, gespeist. Ein Nachteil dieser Selbst-_ erregung besteht darin, daß sie sich nur

j5 schwer auf die gewünschten Werte einstellen läßt, insbesondere kann es bei den Kommutatorhintermaschinen leicht zu einer nicht gewünschten Selbsterregung mit Gleichstrom kommen. Außerdem kann die Selbsterregung dabei kurzscblußartigen Charakter annehmen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, in den Stromkreis der Erregerwicklung Ohmsche Widerstände einzuschalten. Diese Ohmschen Wilderstände verzehren aber namentlich bei größeren Maschinen bereits erhebliche Energiemengen; außerdem ist die Regelung der Selbsterregung mittels derartiger Widerstände unbequem, da große Stromstärken zu regeln sind. Namentlich bei Kommutatorhintermaschinen für die Phasenkompensderung von Asynchronmaschinen muß der Kommutator für hohe Stromstärken und geringe Spannung gebaut werden. Dementsprechend muß auch die Erregerwicklung mit hohem Strom und geringer Spannung arbeiten.

Die geschilderten Nachteile vermeidet die neue Anordnung zur Selbsterregung von Kommutatormaschinen (Gleichstrom- oder Wechselstrommaschinen, insbesondere aber Mehrphasenkommutatormaschinen). Erfindungsgemäß ist ein mit der Kommutatormaschine synchron laufender Frequenzwandler (eine Asynchronmaschine oder ein Kommutatorfrequenzwandler) vorgesehen, der mit der einen Seite an den Ständer Stromkreis der Kommutatormaschine angeschlossen ist (z. B. an die Bürsten oder an die Klemmen) und der mit der anderen Seite die Erregerwicklung im Läufer der Kommutatormaschine ζ. B. über Schleifringe speist. Die Kommutatormaschine arbeitet also mit Läufererregung und wird dazu von den Bürsten des Kommutators oder von einer Ständerwicklung (z. B. einer Kompensationswicklung) aus erregt. Dieis ergibt zunächst den Vorteil, daß die geschilderten Selbsterregungserscheinungen nicht möglich sind bzw. durch den dazwischengeschalteten Frequenzwandler stark abgedämpft werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die als Frequenzwandler dienende Asynchronmaschine oder der mit einer Kompensationswicklung ausgerüstete Kommutatorfrequenzwandler mit Verstärkerwirkung arbeitet, d. h. daß ihnen von den Bürsten der Kommutatormaschine erheblich weniger Energie zugeführt zu werden braucht, als sie an die Läufererregerwicklung

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

Dipl.-Ing. Jaroslav Ko\isek in Berlin-Charlottenburg.

der Kommutatormaschine abgeben. Man kann daher die Regelung der Selbsterregung in dean mit geringerer Energie arbeitenden Stromkreis des Frequenzwandlers vornehmen, was eine erhebliche Verkleinerung der Regelorgane (Ohmsche Widerstände u. dgl.) ergibt. Außerdem kann man bei Verwendung einer Asynchronmaschine als Frequenzwandler nunmehr die Erregerwicklung der Kominutator-'-O maschine für andere Strom- und^! Spannungsverhältnisse bemessen, als am Kommutator vorhanden sind. Dadurch wird der oben geschilderte Nachteil der hohen zu regelnden Stromstärke in der Erregerwicklung vermieden. Es ist dazu erforderlich, für die Erregerwicklung und die Kommutatorwicklung im Läufer der Maschine gesonderte Wicklungen vorzusehen. Ein weiterer Vorteil der neuen Anordnung besteht

zo darin, daß die Selbsterregung der Maschine in einfacher Weise mit einer Fremderregung, wie an dem Ausführungsbeispiel der Anordnung ι und 3 später erläutert ist, kombiniert werden kann.

Die gemäß der Erfindung mit Selbsterregung ausgestattete Mehrphasenkommutatormaschine eignet sich insbesondere als in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschaltete Kommutatorhintermaschine für die Drehzahlregelung oder die Phasen^- kompensierung der Vordennaschine. Ebenso· kann die Kommutatormaschine statt unmittelbar in den Sektindärstromkreis der Asynchronmaschine eingeschaltet zu sein, als Hilfserregermaschine eine zweckmäßig im Ständer untergebrachte, Schlupffrequenz führende Erregerwicklung an der eigentlichen Kommutatorhintermaschine speisen. Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsbei-

spiele der neuen Anordnung. In Abb. 1 ist 1 eine asynchrone Blindleiistungstnaschine, wie sie zur Regelung und Konstanthaltung der Spannung, insbesondere bei Hochspannungsfernleitungen, zur Anwendung kommen. Mit der Maschine 1 ist die Kommutatorhintermaschine 2 mechanisch gekuppelt, die im Ständer eine Kompensationswicklung besitzt und über Schleifringe mit Netzfrequenz erregt wird. Es ist dazu noch eine mit der Maschine 2 gekuppelte Hilfsasynchronmaschine 3 vorgesehen, deren Schlupffrequenz aufweisende Erregerwicklung im Ständer an die Bürsten der Maschine 2 angeschlossen ist, während ihre Läuferspannung mit Netzfrequenz die Schleifringe der Maschine 2 speist. Zur Regelung der Stärke dieser Selbsterregung sind in den Stromkreis der Ständerwicklung der Hilfsasynehronmaschine in an sich bekannter Weise noch regelbare Ohmsche Widerstände 4 eingeschaltet. Diese sind gleichzeitig derart bemessen, daß im Ständerstromkreis der Maschine 3 der Ohmsche Widerstand gegenüber dem induktiven überwiegt, so daß der mit der Frequenz sich ändernde induktive Widerstand den Regelvorgang nicht wesentlich· stören kann. Die der Maschine 3 zuzuführende Erregerleistung ist gegenüber der den Schleifringen der Maschine 2 zugeführten sehr klein, da an der Maschine 3 eine Verstärkung- im Verhältnis der Ständer- und der Lauf er frequenz erzielt wird. Dementsprechend fallen auch die Ohmschen Widerstände klein und handlich aus. Die Maschine 2 und 3 erregen sich infolge ihrer Rückkoppelungsschaltung auf einen durch die Ohmschen Widerstände des ErregerstromkreiiSes und diie Eisensättigungen bedingten Spannungswert, wie dies bei Gleich- oder Wechselstromkommutatormaschinen, deren Ständererregerwicklung vom eigenen Kommutator gespeist wird, bekannt ist.

Bei der Anordnung nach Abb. 1 wird an die asynchrone Blindleistungsmaschine die Forderung gestellt, daß sie bei einem Kurzschluß oder einer sonstigen Störung im Netz so viel Blindleistung abzugeben, imstande ist, daß sie von sich aus das Netz unter Spannung hält, um Betriebsstörungen bei den an die Leitung angeschlossenen Verbrauchern zu vermeiden. Es ist dazu erforderlich, daß die Maschine 1 bei sinkender Netzspannung ihre Erregung bzw. die Erregung ihrer Kommutatorhintermaschine verstärkt. Um dies zu erreichen, ist in den Stromkreis zwischen dem Läufer der Hilfsasynchronmaschine 3 und den Schleifringen der Kommutatorhintermaschine 2 die Sekundärwicklung eines vom Netz gespeisten Transformtors 5 eingeschaltet. Die Sekundärspannung dieses Transfor- : mators 5 besitzt gegenüber der von der Maschine 3 abgegebenen Spannung eine Phasenverschiebung von i8o°, so daß beim Sinken der Netzspannung die Spannung an den Schleifringen der Maschine 2, die sich aus den Spannungen des Transformators 5 und der Maschine 3 zusammensetzt, ansteigt. Die Sekundärspannung des Transformators 5 ist 'dabei bei normalen Verhältnissen kleiner als die von der Hilfsasynchronmaschine 3 der Erregerwicklung zugeführte Spannung.

Bei der Anordnung nach Abb. 2 stellt die asynchrone Vordermaschine 6 einen in der Drehzahl zu regelnden Motor dar. Dazu dient die mechanisch gekuppelte Kommutatorhintermaschine 7, deren Ständer er reger wicklung 18 mit Schlupf frequenz gespeist wird. Dazu ist ein gemäß der Erfindimg nach Abb. 1 ausgebildetes, mit der Maschine 6 gekuppeltes Aggregat vorgesehen, das aus der Hilfskommutatormaschine 8 und der Hilfsasynchronmaschine 9 besteht. Bei der Anordnung nach Abb. 2 dient als Regelorgan der zwischen den

Maschinen 8 und 9 eingeschaltete Ohmsche Widerstand 10. Dieser fällt infolge der mehrfachen Verstärkerwirkung auch bei einer sehr großen Hauptmaschine bzw. Kommutatorhmtermaschine sehr klein aus und gestattet eine bequeme Regelung.

Die Anordnung nach Abb. 3 dient demselben Zweck wie die der Abb. 1. Die Hauptmaschine 11 ist jedoch als synchrone Blindleistungsmaschine ausgebildet. Dementsprechend arbeitet auch die die Erregerwicklung der Maschine 11 speisende Kommutatormaschine 12 bezüglich des vom Kommutator abgenommenen Stroms als Gleichstrommaschine. Sie wird von dem als Asynchronmaschine ausgebildeten Frequenzwandler 3 im Läufer mit netzfrequentem Wechselstrom erregt. Im übrigen deckt sich die Ausbildung und Wirkungsweise mit der der Abb. 1. ao Wie bereits erwähnt, kann der Frequenzwandler (3 bzw. 9) auch als Kommutatorfrequenzwandler ausgebildet sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, ihn mit einer Kompensationswicklung auszurüsten, um ähnlich wie bei der Asynchronmaschine eine Verstärkerwirkung zu .erzielen. Dabei sind die Schleifringe des Frequenzwandlers an den Ständerstromkreis der Kommutatormaschine anzuschließen. Die Verstärkerwirkung könnte aber auch durch eine im Ständer des Frequenzwandlers untergebrachte, vom eigenen Kommutator im Nebenschluß gespeiste Erregerwicklung erzielt werden.

Wenn für die synchrone oder asynchrone Hauptmaschine ein Anwurfmotor vorgesehen ist, so· kann dieser während des Betriebes die Funktion des Frequenzwandlers ausüben.

Bei den Schaltungen nach Abb. 1 und 3 erregt sich die Kommutatormaschine teilweise (über die Hilfsasynchronmaschine) selbst, teilweise wird ihr die Erregung vom Netze aus geliefert. Man kann nun. ebenso· wie bei einem unmittelbaren Anschluß der Erregerwicklung an den eigenen Kommutator die beiden Komponenten der Erregung derart einstellen, daß sich die Kommutatormaschine über die Hilfsasynchronmaschine 3 nicht selbst erregen kann, daß es vielmehr dazu noch der vom Netze über den Transformator 5 gelieferten Erregerkomponente bedarf. Dies kann durch passende Bemessung (Vergrößerung) des der Hilfsasynchronmaschine 3 vorgeschalteten Ohmschen Widerstandes (4 in Abb. 1) erreicht werden. Diese Verteilung der beiden Erregerkomponenten hat den Vorteil einer Erhöhung der Stabilität bei der Regelung der Erregung, da bekanntlich die reine Selbsterregung auf dem proportional ansteigenden Teil der Magnetisierungskurve unstabil ist.

Bei den dargestellten Anordnungen speist die Hilfsasynchronmaschine 3 (bzw. 9) über Schleifringe die Schleifringe der Kommutatormaschine. Selbstverständlich könnten diese zwei Paare von Schleifringen auch in Fortfall kommen und die Wicklungen der beiden Maschinen unmittelbar (z. B. durch eine Hohlwelle oder durch Nebeneinandersetzen der beiden Läuferwicklungen) miteinander verbunden sein.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erregung von Kommutatormaschinen (die insbesondere als Kommutatorhintermaschinen für die Drehzahlregelung oder Phasenkompensierung von Asynchronmaschinen dienen) mit oder ohne Ständerwicklung, die in der Ständerwicklung oder an den Bürsten Gleichstrom oder einen Wechselstrom mit niedrigerer Frequenz als die Frequenz des Stromes in der Läuferwicklung führen, gekennzeichnet durch einen mit der Kommutatormaschine synchron laufenden Frequenzwandler (Asynchronmaschine oder Kommutatorf requenzwandler), der mit der einen Seite an den Ständerstromkreis (Bürsten oder Klemmen) der Kommutatormaschine angeschlossen ist und mit der anderen Seite gegebenenfalls über Schleifringe die Läufererregerwicklung der^Kommutatormaschine speist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in den an den Ständerstromkreis angeschlossenen Stromkreis des Frequenzwandlers regelbare Widerstände (zweckmäßig Ohmsche) eingeschaltet sind.

3. Die Verwendung der Anordnung nach Anspruch 1 als Erregeraggregat für die Speisung der zweckmäßig Schlupffrequenz aufweisenden Ständererregerwicklung (18 Abb. 2) einer in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschalteten Kommutatorhintermaschine.

4. Anordnung nach Anspruch 1 mit einer über die Schleifringe mit Netzfrequenz erregten Mehrphasenkommutatormaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in den an die Schleifringe der Mehrphasenkommutatormaschine angeschlossenen Teil des Frequenzwandlerstromkreises eine von der Netzspannung der asynchronen Vordermaschine erzeugte Spannung (zweckmäßig über einen Transformator) eingeführt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen