DE518116C - Kaskade, bestehend aus einer Asynchron-Hauptmaschine und einer Dreh-stromkollektormaschine als Hintermaschine zum Zwecke der Drehzahlregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung von Induktionsmotoren, und zwar wird zu diesem Zwecke eine verbesserte Anordnung zum Steuern der Erregung einer Kollektormaschine verwendet, die mit dem Induktionsmotor in Kaskade geschaltet ist, um dessen Drehzahl zu regeln.

Die Wirkungsweise der Geschwindigkeitsregelung von Induktionsmotoren durch mehrphasige Kommutator-Regelmaschinen, in welcher der Läufer mit einer Kommutatorwicklung und der Stator mit einer Kompensationswicklung und einer unabhängigen Erregerwicklung versehen ist, ist in dem Patent 311 994 erläutert.

Es ist darin gezeigt, daß für die ideale Regelung die Einwirkung von zwei Spanniingskomponenten auf die unabhängige Erregerwicklung der Regelmaschine nötig ist. Die eine Spannungskomponente, die unabhängig von der Schlupf frequenz sein soll, dient dem Ausgleich des Ohmschen Spannungsabfalles in der Erregerwicklung und die zweite Spannungskomponente, die annähernd proportional veränderlich mit der Schlupffrequenz ist, dem Ausgleich des induktiven Abfalles. Die vorliegende Ernn- ~dung betrifft verbesserte Anordnungen zur Vervollkommnung derartiger Regelungen.

Erfindungsgemäß wird vorzugsweise eine Erregermaschine verwendet, deren Geschwindigkeit proportional der Schlupffrequenz ist. Die Geschwindigkeit ist also Null bei einer Schlüpfung von Null, um teilweise oder gänzlich den induktiven Erregerspannungsabfall zu überwinden. Ist dieser induktive Spannungsabfall groß wie bei einer vom Synchronismus entfernteren Drehzahl, so kann ein Teil des induktiven Spannungsabfalles beispielsweise über einen verstellbaren Autotransformator von dem sekundären Stromkreis des Hauptinduktionsmotors überwunden werden. In diesem Falle können die Hilfserregerapparate vorliegender Erfindung mit dem Autotransformator vereinigt sein, um eine feine Regelung zwischen den einzelnen Stufen des Autotransformators zu erhalten.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.

Abb. ι zeigt eine Einrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit bei Verwendung eines Schlupferregers und eines Synchronerregers.

Abb. 2 veranschaulicht die Anordnung der Abb. ι mit einem verstellbaren Autotransformator vereinigt.

In Abb. ι stellt io den Hauptinduktionsmotor dar, der von einer Stromquelle 11 gespeist wird. 12 ist die Hintermaschine, die mit dem Motor io in Kaskade geschaltet und mit einer unabhängigen Erregerwicklung 13 versehen ist. Die Kompensationswicklung ist fortgelassen. 14 ist eine von den Leitungen 11 gespeiste Synchronmaschine und dient dazu, die Geschwindigkeit der Regelmaschine 12 konstant zu halten und den Synchrongenerator 15 mit synchroner Drehzahl anzutreiben. Da die Maschinen 12, 14 und 15, wie veranschaulicht, eine gemeinsame Welle haben, müssen sie auch die gleiche Polzahl besitzen. 16 ist ein Frequenzwandler von der Kommutatortype und hat mit dem Motor 10 eine gemeinsame Welle und infolgedessen auch die gleiche Polzahl wie die Maschine 10. Die Schleifringe 17 des Frequenzwandlers werden von den Schleifringen 18 des Synchronerregers 15 gespeist. Die Bürsten 19 des Frequenzwandlers sind mit der Feldwicklung 13 der Regelmaschine 12 verbunden, so daß die Frequenz der von dem Synchrongenerator 15 aufgedrückten Erregung mit der Schlupf frequenz der Maschine 10 veränderlich ist. Der Stator des Synchronerregers 15 ist mit drei Erregerwicklungen 20, 21 und 22 versehen, von denen die Wicklungen 21 und 22 gegenüber der Wicklung 20 um 90⁰ verschoben sind. Die Wickhingen 20 und 21 sind in Serie geschaltet und werden über einen verstellbaren Widerstand 24 von einer Gleichstromquelle 23 gespeist. Der Widerstand 24 muß dabei so angeordnet sein, daß er eine Richtungsumkehr der Erregung ermöglicht. Die Wicklung 22 wird von einem Gleichstromgenerator 25 gespeist, der eine Erregerwicklung 26 besitzt, die in Serie mit den Wicklungen 20 und 21 geschaltet ist. Generator 25 wird von einem Motor 27 angetrieben, der entweder ein Synchron- oder ein Induktionsmotor sein kann und von dem Sekundärstromkreis 28 des Hauptmotors 10 gespeist wird. Die Geschwindigkeit des Maschinensatzes 27, 25 wird daher proportional oder annähernd proportional der Schlüpfung des Hauptmotors seiin und wird Null bei einer Schlüpfung Null. Die Feldwicklung 20 erregt den Generator 15 so, daß eine elektromotorische Kraft zur Überwindung des Ohmschen Spannungsabfalles in der Feldwicklung 13 erzeugt wird. Die Feldwicklung 21 dient zur Unterdrückung der Ankerrückwirkung. Da der Ohmsche Spannungsabfall und die Ankerrückwirkung dem Erreger strom proportional sind, so ist es klar, daß bei richtiger Proportionalität fliese Wicklungen 20 und 21 in Serie geschaltet sein können, um diese Wirkungen zu erzielen. Die Feldwicklung 22 liefert die Erregung zum Ausgleich ies induktiven Spannungsabfalles des Stromkreises 13. Dieser induktive Spannungsabfall ist proportional dem die Wicklung 13 durchsetzenden Fluß und der Frequenz desselben. Da diese Frequenz sich mit der Schlupf frequenz des Hauptmotors ändert und der Fluß dem Erregerstrom nahezu proportional ist, muß der durch die Wicklung 22 fließende Strom proportional dem Produkte Schlupf frequenz X Erregerstrom der Maschine 12 oder Schlupf frequenz X Erreger- strom der Maschine 15 sein. Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß die Wicklung 22 vom Generator 25 gespeist, der eine der Schlüpfung proportionale Geschwindigkeit besitzt und dessen Erregung der Erregung der Maschine 15 proportional ist.

Es ist möglich, statt eines Synchronerregers 15 mit zwei um 90⁰ \-erschobenen Erregerwicklungen zwei hintereinandergeschaltete S)Tichronerreger zu verwenden, wobei der eine den Ohmschen Spannungsabfall und der andere den induktiven Spannungsabfall und die Ankerrückwirkung zu ersetzen hat. In Abb. 2 der Zeichnung ist eine praktische Ausführungsform der in Abb. 1 veranschaulichten Anordnung dargestellt, wobei die in Abb. ι beschriebene Einrichtung für eine feine Regelung zwischen· den Stufen eines Autotransformators verwendet ist. Der Autotransformator gestattet eine stufenweise Regelung über ainen vom Synchronismus entfernteren größeren Bereich, als es praktisch mit den Apparaten der Abb. 1 möglich ware. Die in Abb. 2 zur feinen Regelung zwischen den Stufen des Autotransformators verwendeten Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Abb. 1 und haben die schon bei Abb. 1 erläuterte Wirkungsweise. Zu diesen Teilen kommen bei der Anordnung gemäß Abb. 2 noch nachstehend aufgeführte und beschriebene Apparate: Ein verstellbarer Autotransformator 30 ist zwischen dem sekundären Stromkreis 28 des Hauptinduktionsmotors 10 und der Feldwicklung 13 der Hintermaschine 12 eingeschaltet. Für den Synchrongenerator 15 ist ein Gleichstromhilfserregerstromkreis vorhanden, der die Feldwicklungen 32 und 33 enthält. Diese sind wie die Wicklungen 20 und 21 um 90⁰ gegeneinander verschoben. Ferner befindet sich in diesem Stromkreis noch der verstellbare Widerstand 34 und dazu in Serie der regelbare Widerstand 35.

Der in Abb. 2 dargestellte Autotransformator 30 hat sechs Stufen, welche die Bezeichnungen 1 bis 6 tragen. Die Einstellschalter sind zwischen den drei Phasen durch

entsprechende Schalterstäbe verbunden. Es ist noch anzuführen, daß einige von diesen Schalterstäben bis zu den Schaltern der einstellbaren Widerstände 34 und 35 geführt sind und so ein Zusammenarbeiten dieser Schalter mit den Schaltern des Autotransformators bewirken. Ferner sind noch gewöhnliche Vorrichtungen zum Einstellen der beiden Erreger für die Feldwicklung 13 vorgesehen. Der Widerstand 36 dient nur dazu, ein vollkommenes Kurzschließen der Teilstromkrei'se des Autotransformators zu verhüten, wenn von einer Stufe auf die andere umgeschaltet wird und dabei ein Schalter bereits geschlossen, bevor der andere geöffnet ist. Die Schalter 37 steuern den Sternpunkt der Feldwicklung 13. Sind die gekoppelten Schalter 37 geschlossen und die anderen Schalter in der gezeichneten Stellung, so hat man eine der in Abb. 1 dargestellten Anordnung entsprechende Schaltung für ein Wirken nahe dem Synchronismus. In diesem Falle wird der Autotransformator nicht benutzt, und der Feldstromkreis, der die Wicklungen 32 und 33 enthält, ist geöffnet, und der Widerstand 35 ist mit Ausnahme eines eingestellten Betrages ausgeschaltet.

AVird angenommen, daß die Grenze des Regelbereichs des Widerstandes 24 erreicht ist, und ist es wünschenswert, weiter weg von der synchronen Drehzahl zu regeln, so werden die Schalter der Stufen 1 geschlossen und die S tern verbindung durch die Schalter 37 geöffnet. Die eingeschalteten Windungen des Autotransformators schicken dann in den Feldstromkreis 13 der Hintermaschine eine Spannung, die den induktiven Spannungsabfall entsprechend dieser rohen Einstellung ausgleicht. Dabei ist der Er reger Stromkreis der Feldspulen 32 und 33 über den Widerstand 34 geschlossen und liefert die zusätzliche Erregung zur Überwindung des Ohmschen Spannungsabfalles und der Ankerrückwirkung entsprechend dieser Stufe. Dieser Spannungsabfall ist etwas vermehrt, da der Widerstand des Erregerstromkreises der Windung 13 vergrößert wurde durch die hinzugeschalteten Transformatorwindungen. Auf die gleiche Weise kann die Regelung durch die übrigen Stufen erfolgen, und der Widerstand 24 ist immer für die feine Regelung .in irgendeinem Teil des Regelbereiches verfügbar. Es ist natürlich wünschenswert, die Größe der Maschinen 16, 15, 25 und 27 aus wirtschaftlichen Gründen so klein wie möglich zu halten und trotzdem den erwünschten Bereich für die Feineinstellung bei irgendeinem Punkt der Regelung zu bekommen.

Bei richtiger Anordnung der Regelstufen der Grobeinstellung und Verminderung des Stromes durch den Widerstand 24 entsprechend der Vermehrung der Erregung der Feldwicklungen 32 und 33 durch den einstellbaren Widerstand 34 ist es möglich, die Hilf serregerapparate durch den ganzen Regelbereich vorteilhaft zu verwenden. Zu diesem Zweck ist der einstellbare Widerstand 35 in Serie mit dem Widerstand 24 geschaltet und wirkt zusammen mit den Apparaten der Grobeinstellung, wie dargestellt. Es wird also der Widerstand 35 im selben Maße verringert, als der Widerstand 34 vermehrt wird, und umgekehrt. Die äußeren Stufen der Grobeinstellung, beispielsweise 3, 4, 5 und 6, werden vorzugsweise gleiche Geschwindigkeitsregelstufen erhalten, und zwar von solcher Größe, daß der ganze Regelbereich der Hilfserregerapparate für Feineinstellung zwischen diesen Stufen zur Verwendung kommt. Die Geschwindigkeitsregelstufen nahe am Synchronismus, beispielsweise Stufe 1 und 2, werden vorzugsweise größer gemacht, da dadurch ein größerer Bereich der Feineinstellung erzielt wird, ohne die Maschinen 25, 15 und 16 zu überlasten. Der Widerstand 24 wird infolgedessen in der Nähe des Synchronismus einen größeren Betrag von Erregerstrom zu bewältigen haben, was der verstellbare, von der Grobeinstellung gesteuerte Widerstand 35 selbsttätig berücksichtigt. Das Verhältnis der durch den Synchrongenerator erzeugten, induktiven Spannungsabfall-Erregung zu der Ohmschen Spannungsabfall-Erregung nimmt mit der vom Autotransformator erzeugten Erregung ab. Der durch den Widerstand 24 gesteuerte Erregerstromkreis kann, sofern erwünscht, selbsttätig abhängig von der Geschwindigkeit oder der Belastung durch- bekannte Vorrichtungen geregelt werden. Die in Abb. 2 dargestellte Anordnung, die eine Grobeinstellung beispielsweise durch einen abgestuften Autotransformator mit der in Abb. 1 gezeigten Feineinstellung verbindet, besitzt eine bedeutende Anpassungsfähigkeit in bezug auf die Zahl der grobeinstellbaren Stufen und auf den Geschwindigkeitsbereich, der durch Feineinstellung erzielt wird. Erforderlichenfalls kann der Bereich der Feineinstellung no vergrößert werden und den ganzen gewünschten Geschwindigkeitsbereich umfassen. Es ist ferner möglich, die Anordnung Abb. 1 zu einer bestehenden, schon mit Steuerstufen ausgerüsteten Anordnung hinzuzufügen und so den \^orteil der feineren Regelung zu erhalten.

Die zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnungen gemäß vorliegender Erfindung verwendeten Apparate dürften zwar die geeignetsten sein. Es können aber selbstverständlich auch andere ähnlich wirkende

Apparate zur Verwirklichung des Erfindungs- j gedankens vorgesehen werden. ' [

Claims (3)

1. Patentansprüche: j

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   r. Kaskade, bestehend aus einer Asyn- ! chron-Hauptmaschine und einer Dreh- _: Stromkollektormaschine als Hintermaschine zum Zwecke der Drehzahlregelung, bei der die Hintermaschine von einer Drehstromerregermaschine mit der Schlupffrequenz der Hauptmaschine, die Drehstromerregermaschine selbst über Schleifringe mit Netzfrequenz erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstromerregermaschine von einem synchron mit Netzfrequenz umlaufenden Synchrongenerator erregt wird, der eine regelbare Erregerwicklung zur Überwindung des Ohmschen Spannungsabfalles in der Erregerwicklung der Hintermaschine und außerdem eine zweite um 90 elektrische Grade räumlich verschobene Erregerwicklung zur Überwindung des induktiven Spannungsabfalles in der Erregerwicklung der Hiintermaschine besitzt, deren Strom ohne mechanische Regelung dem Produkte aus Erregerstrom der regelbaren Erregerwicklung des Synchrongenerators und der Schlupffrequenz proportional ist.
2. 2. Anordnung bei einer Kaskade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der zweiten Erregerwicklung von einer Gleichstrommaschine erzeugt wird, die von einem mit Spannung von Schlupf frequenz der Hauptmaschine gespeisten synchronen oder asynchronen Motor angetrieben wird und deren Erregerwicklung mit der ersten Erregerwicklung des Synchrongenerators in Reihe oder parallel liegt.
3. 3. Anordnung bei einer Kaskade nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hintermaschine nicht nur von der Drehstromerregermaschine, sondern außerdem von einem primärseitig an diie Schleifringe des Vordermotors angeschlossenen Stufentransformator erregt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen