DE519521C - Verfahren zum Regeln der Drehzahl einer Kaskade von Induktionsmotor und Kommutatornebenschlussmaschine - Google Patents

Description

Bei der Kaskadenschaltung von Induktionsmotoren und Kommutatorhintermaschinen kann unter normalen Arbeitsbedingungen ein bestimmter Regelbereich genügen, in Ausnahmefällen aber ein wesentlich vergrößerter Regelbereich verlangt sein. Da der Preis des Regelsatzes mit wachsendem Regelbereich stark ansteigt, ist es dabei oft unwirtschaftlich, die Hintermaschine für den nur in Ausnahmefällen verlangten Regelbereich zu bemessen. Es wurde deshalb vorgeschlagen, die Hintermaschine nur für den normalen Regelbereich vorzusehen und die in Ausnahmefällen verlangte Vergrößerung der Schlüpfung durch Einschaltung von zusätzlichem Widerstand in den Läuferkreis zu bewirken. Der Widerstand ist nur bei Belastung wirksam, ebenso wie beim selbständig arbeitenden Induktionsmotor. Wenn die Erregung der Kommutatormaschine in Reihe zu ihrem Läuferkreis und zum Läufer des Hauptmotors geschaltet ist, ist es natürlich gleichgültig, an welcher Stelle des Läuferkreises der zusätzliche Widerstand eingeschaltet wird. Anders ist es dagegen, wenn die Kommutatormaschine im Nebenschluß erregt wird; hierbei ist es gleichgültig, ob die Einstellung der Erregung durch einen Erregertransformator, durch eine Erregermaschine oder durch vorgeschalteten Ohmschen oder induktiven Widerstand erfolgt. In diesem Falle bewirkt nämlich der Widerstand mir dann eine wesentliche Änderung der Drehzahl bei Belastung, wenn er zwischen die Kommutatormaschine und die Abzweigstelle der Nebenschlußerregung eingeschaltet wird. Wenn also der Widerstand in bekannter Weise unmittelbar der Drehzahlregelung dienen soll, muß er an der genannten Stelle eingeschaltet werden.

Es ist nun auch an sich bekannt, einen Widerstand zwischen die Läuferwicklung des Hauptmotors und den Anschlußpunkt der Erregerwicklung an den Läufer der Kommutatormaschine zu schalten, aber auch dieser Widerstand war bisher als Regelwiderstand ausgebildet, und es sollte durch seine Regelung, evtl. in Verbindung mit der Regelung der Kommutatormaschine, die Geschwindigkeit der Kaskade geregelt werden. Der Einfluß des Widerstandes auf die Geschwindigkeit der Kaskade war hier jedoch sehr gering, da sich bei seiner Regelung die Spannung und das Feld der Kommutatormaschine proportional miteinander ändert.

Es ist nun aber ganz besonders vorteilhaft, die Geschwindigkeit der Kaskade lediglich durch die Regelung an der Kommutatormaschine zu erzielen, auch dann, wenn man die sich bei der Schaltung und Regelung ohne Widerstand ergebende untere Geschwindigkeitsgrenze unterschreiten will. Hierbei bietet ein in der genannten Weise zugeschalteter fester Widerstand ein Mittel, die Sättigung der Kommutatormaschine herabzusetzen und

dadurch den Regelbereich wesentlich zu erweitern.

Es ist nun Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Regeln der Drehzahl einer Kaskade von Induktionsmotor und Kommutatornebenschlußmaschine, bei welcher bei Überschreitungeines bestimmten Schlüpfungswertes im Läuferstromkreis des Induktionsmotors und (vom Läufer dieses Motors aus ίο gesehen) vor der Abzweigung des Xebenschlußerregerkreises der Kommutatormaschine ein zusätzlicher Ohmscher Widerstand eingeschaltet wird. Erfindungsgemäß soll nun auch nach Einschaltung des Widerstandes die Drehzahl der Kaskade lediglich durch die Erregung der Kommutatormaschine eingestellt bzw. geregelt werden.

Gegenüber der bekannten Lösung, bei der durch die Einschaltung des Widerstandfes unmittelbar die Schlüpfung vergrößert wird, bietet diese Anordnung den wesentlichen Vorteil, daß bei Einschaltung eines Widerstandes beliebiger. Größe kein Stoß in der Leistungsaufnahme des Hauptmotors auftritt, da ja nach Einschaltung des Widerstandes die Drehzahl bei jeder Belastung praktisch den gleichen Wert wie vorher hat.

Die Vermeidung der Beeinflussung der Drehzahl bei Einschaltung des Widerstandes wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß der Widerstand nicht hinter die Abzweigung der Nebenschlußerregung, sondern vor diese, also zwischen die Abzweigung und den Läufer des Hauptmotors, eingeschaltet wird. In der Regel wird man den Widerstand in einer Stufe einschalten, doch kann auch zur Vermeidung unnötiger Verluste eine Unterteilung des Widerstandes zweckmäßig sein, wenn bald eine geringe, bald eine starke Vergrößerung des Regelbereichs verlangt ist.

Der Einfluß, den die Lage des Widerstandes auf die Drehzahlregelung ausübt, folgt aus den Spannungsdiagrammen Abb. 2 und 5. Abb. 2 gilt für die Schaltung nach Abb. 1, in der ι den Hauptmotor, 2 dessen Schleifringe, 3 die Kommutatorhintermaschine, 4 deren Erregerwicklung, 5 den Erregertransformator und 6 die Anschlußstelle des Erregerkreises an den Ankerkreis bedeutet. An Stelle des Erregertransformators 5 kann auch eine Erregermaschine treten.

In Abb. 2 stellen die Ordinaten der Geraden α die im Läufer des Hauptmotors induzierte Schlupfspannung in Abhängigkeit von der Schlüpfung s dar. Bei Leerlauf muß, wenn auf Phasenkompensation verzichtet wird, in der Kommutatorhintermaschine die entgegengesetzt gleiche Spannung induziert werden, unabhängig von der Größe des Wider-Standes im Läuferkreis. Damit der Kraftfluß der Kommutatormaschine den dieser Spannung entsprechenden Wert hat, muß an den Klemmen 6 (Abb. 1) eine Spannung bestehen, die in Abhängigkeit von der Schlüpfung nach der Parabel b der Abb. 2 verläuft. Die Parabel b gilt nur für ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis des Erregertransformators, der Ohmsche Widerstand des Erregerkreises ist dabei gegenüber dem induktiven vernachlässigt. Der Hauptmotor arbeitet nun bei Leerlauf und Belastung stets mit derjenigen Schlüpfung, bei der die an den Klemmen 6 wirklich bestehende Spannung gleich der durch den jeweiligen Kraftfluß der Kommutatormaschine verlangten Erregerspannung ist. Bei Leerlauf ist diese Schlüpfung OA. Ohne zusätzlichen Widerstand sei bei Volllast der Spannungsabfall im gesamten Läuferkreis BC. Der Widerstand der Kommutatormaschine ist dabei halb so groß wie der des Laufers des Hauptmotors angenommen, es ist also BD der Spannungsabfall in der Kommutatormaschine und DC der im Läufer des Hauptmotors. Die Spannung an der Abzweigstelle 6, die identisch mit der Schleifringspannung des Hauptmotors ist, kann also bei Vollast nur einen Wert haben, der in Abhängigkeit von der Schlüpfung durch die Ordinaten der Geraden C₁ gegeben ist. In gleicher Weise muß die in der Kommutatormaschine induzierte Spannung durch die Gerade d_t gegeben sein. Da die Spannung der Kommutatormaschine kleiner als bei Leerlauf ist, ist auch die dem Kraftnuß der Kommutatormaschine entsprechende Erregerspannung kleiner und durch die Kurve ^₁ gegeben. Die Schlüpfung des Motors bei Vollast entspricht dem Schnittpunkt der Geraden C₁ und der Kurve b_v ist also gleich OA₁.

Wird nun in den Läuferkreis ein zusatzlicher Widerstand eingeschaltet, der z. B. das 5fache des Läuferwiderstandes de,s Hauptmotors beträgt, so ist der Spannungsabfall des Vollaststromes im Läuferkreis B₁C₁. Die in der Kommutatormaschine bei Vollast induzierte Spannung muß einen der durch die Gerade rfjj festgelegten Werte haben, die Erregerspannung ist durch die Kurve b_% gegeben. Die Spannung an der Abzweigstelle 6 (Abb. 1) der Erregung hängt davon ab, an welcher no Stelle der zusätzliche Widerstand eingeschaltet wird. Wird er an Stelle a, also zwischen die Schleifringe des Hauptmotors und die Abzweigstelle 6, eingeschaltet, so ist die Spannung durch die Gerade c„ der Abb. 2 gegeben. Bei Einschaltung an Stellet, also zwischen die Abzweigstelleo und die Kommutatormaschine, ist die Spannung an der Abzweigstelle 6 durch die Gerade C₁ gegeben. Im ersten Fall entspricht die Schlüpfung des Hauptmotors bei Vollast und eingeschaltetem Widerstand dem Schnittpunkt von J₂ und C₂, ist also durch

OA₂ gegeben, im andern Fall entspricht sie dem Schnittpunkt b₂ und c„, ist also durch OA„ gegeben. Wird der zusätzliche Widerstand an der Stelle α (Abb. i) eingeschaltet, so ist demnach bei beliebiger Belastung die .Schlüpfung praktisch die gleiche wie vor der Einschaltung des Widerstandes, bei Einschaltung an Stelle b steigt die Schlüpfung wesentlich, und zwar ist die Steigerung ungefähr gleich dem Betrag BB₁, um den die Schlüpfung des Asynchronmotors bei unerregter Kollektormaschine durch Einschaltung des gleichen Widerstandes steigen würde. Bei Einschaltung des Widerstandes an Stelle a sinkt die Spannung der Kommutatormaschine von AD₁ auf A₂D₂, bei Einschaltung an Stelle b steigt sie geringfügig auf A_ZD„. Bei Einschaltung des Widerstandes an Stelle & bedingt die Einschaltung des Widerstandes einen Leitungsstoß, der mit der Größe des Widerstandes wächst. Bei Einschaltung des Widerstandes an Stelle α ermöglicht er durch Herabsetzen der Spannung der Kommutatormaschine eine Erweiterung des Regelbereichs, die Regelung selbst muß dabei durch Übersetzungsänderung des Erregertransformators erfolgen und kann bei Zuschaltung eines Widerstandes beliebiger Größe beliebig feinstufig eingestellt werden.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Kaskadenschaltung von Induktionsmotor und Komrnutatornebenschlußmaschine mit zusätzlichem Widerstand im Läuferkreis, bei welcher nach Abb. 3 ein Widerstand α zwischen die Schleifringe des Hauptmotors und die Abzweigung 6 des Nebenschlußerregerkreises 4 bis 5 eingeschaltet wird, zum Zweck, durch den Widerstand praktisch ohne Beeinflussung der Drehzahl nur die Spannung der Kommu-

4" tatormaschine, die Drehzahl dagegen durch die Erregung der Kommutatormaschine einzustellen. Im übrigen gelten für Abb. 3 die gleichen Bezeichnungen wie für Abb. 1. Abb. 5 gibt das entsprechende Spannungsdiagramm, wenn die Kommutatormaschine nach Abb. 4 über Widerstände vom Läuferkreis aus erregt wird. Es bezeichnet in Abb. 4 wieder 1 den Hauptmotor, 2 dessen Schleifringe, 3 die Kommutatormaschine, 4 deren Erregerwicklung, 5 den Regulierwiderstand und 6 die Stelle, an der die Erregerwicklung an den Ankerkreis angeschlossen ist. Der Regulierwiderstand 5 beträgt zweckmäßig auf allen Regelstufen ein Mehrfaches des induktiven Widerstandes der Erregerwicklung 4.

In Abb. 5 stellt die Gerade α wieder die Schlupfspannung des Hauptmotors in Abhängigkeit von der Schlüpfung s dar. Die Leerlaufdrehzahl ist bei dieser Schaltung stets die synchrone, unabhängig von der Größe des Regelwiderstandes. Ist BC wieder der gesamte Spannungsabfall des Vollaststromes im Läuferkreis ohne zusätzlichen Widerstand, so ist die an der Abzweigstelle 6 der Erregung bei Vollast bestehende Span- 6g nung in Abhängigkeit von der Schlüpfung durch die Gerade C₁ und die in der Kommutatormaschine zu induzierende Spannung durch die Gerade d₁ gegeben. Der effektive Widerstand der Kommutatormaschine, der bei dieser Schaltung zweckmäßig in bekannter Weise vergrößert wird, ist mit dem vielfachen Wert des Läuferwiderstandes des Hauptmotors angenommen. Die in der Kommutatormaschine induzierte Spannung ist bei dieser Spaltung der Erregerspannung proportional, ist also durch die Gerade b₁ gegeben. Die Schlüpfung bei \'"ollast hat also den Wert OA, bei dem sich die Geraden O₁ und d₁ schneiden.

Wird nun durch Einschaltung eines zusätzlichen Widerstandes, der gleich dem Widerstand der Kommutatormaschine sei, der Spannungsabfall des Vollaststromes im Läuferkreis auf B₁C₁ vergrößert, so wird die in der Kommutatormaschine zu induzierende Spannung durch die Gerade d₂ dargestellt. Die an den Klemmen 6 bestehende Spannung wird bei Einschaltung des Widerstandes an der Stelle« (Abb. 4) durch die Gerade d_v bei Einschaltung an Stelle b durch die Gerade C₁ dargestellt. Die durch diese Erregerspannung bedingte, in der Kommutatormaschine induzierte Spannung verläuft im ersten Fall nach der Geraden b_£, im zweiten Fall, ebenso wie bei kurzgeschlossenem Widerstand, nach der Geraden b_x. Die Schlüpfung bei Vollast ist im ersten Fall gegeben durch den Schnittpunkt der Geraden b„ und d„, ist also gleich OA₁ im zweiten Fall durch den Schnittpunkt der Geraden b_t und d₂, ist also gleich OA₂. Auch bei Widerstandsregelung im Erregerkreis hält demnach der zusätzliche Widerstand im Läuferkreis, wenn er erfindungsgemäß unmittelbar vor die Schleifringe des Hauptmotors geschaltet wird, zwar die Spannung der Kommutatormaschine nieder, ist aber von viel kleinerem Einfluß auf die Schlüpfung, als wenn er vor die Klemmen der Kommutatormaschine geschaltet würde.

Ein technisch wichtiger Sonderfall der zuletzt behandelten Schaltung liegt vor, wenn der Erregerwiderstand so eingestellt wird, daß die von einer bestimmten Erregerspannung in der Kommutatormaschine induzierte »5 Spannung stets dieser Erregerspannung entgegengesetzt gleich ist. Wird dabei ferner eine von den Vorgängen im Läuferkreis unabhängige, konstante Spannung in den Läuferkreis eingeführt, so bedingt sie bekanntlich 12a konstante Drehfeldleistung des Hauptmotors. In diesem Fall wird durch Einschaltung eines

zusätzlichen Widerstandes im Läuferkreis unmittelbar vor die Schleifringe des Asynchronmotors die Drehfeldleistung überhaupt nicht geändert, sondern wieder nur die Spannung der Kommutatormaschine bei gegebener Schlüpfung beeinflußt, die Einschaltung des Widerstandes ist also stoßfrei möglich. Sie erlaubt eine Konstanthaltung der Leistung auch bei solcher Schlüpfung, bei der ohne

ίο Widerstand infolge der Sättigung der Kommutatormaschine die Drehfeldleistung nicht mehr konstant bleibt.

In allen behandelten Schaltungen kann die Ein- und Ausschaltung des Widerstandes ent-

1-5. weder von Hand oder auch selbsttätig, z. B. in Abhängigkeit von der Drehzahl, : vom Strom, von- der Leistung oder von der Stellung des Regelorgans erfolgen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Regeln der Drehzahl einer Kaskade von Induktionsmotor und Kommutatornebenschlußmaschine, bei welcher bei Überschreitung eines bestimmten S chlüpfungs wertes im Lauf er Stromkreis des Induktionsmotors und (vom Läufer dieses Motors aus gesehen) vor der Abzweigung des Nebenschlußerregerkreises der Kommutatormaschine ein zusätzlicher Ohmscher Widerstand eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch nach Einschaltung des Widerstandes die Drehzahl der Kaskade lediglich durch die Erregung der Kommutatormaschine eingestellt bzw. geregelt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen