DE531736C - Einrichtung zur Kupplung zweier Wechselstromnetze verschiedener Frequenz mittels eines Umformers, dessen eine Haelfte aus einer Asynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine besteht - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM
15. AUGUST 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d² GRUPPE

mit Kommutatorhintermaschine besteht

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. Februar 1927 ab

Zur Kupplung von Wechselstromnetzen mit schwankender Frequenz hat man bereits Umformer verwendet, deren eine Hälfte aus einer Synchronmaschine und deren andere Hälfte aus einer Asynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine besteht. Man hat sich dabei entweder der Läufer- oder der Ständererregung für die Kommutatorhintermaschine bedient. Im ersten Falle wurde die

ίο Hintermaschine je nach der verlangten Art der Leistungsregelung entweder von Erregerquellen aus geregelt, die mit Schnellreglern beeinflußt werden können, oder mit zusätzlichen Hilfsmitteln, wie Verbundtransformatoren, Danielson-Umformern usw., ausgerüstet. Abgesehen davon, daß derartige Schaltungen recht verwickelt ausfallen, hat die läufererregte Kommutatorhintermaschine den Nachteil, daß sie mit Rücksicht auf die Erfordernisse der Stromwendung nicht für so große Leistungen ausgeführt werden kann, wie sie im Zusammenhang mit der Kupplung neuzeitlicher großer Wechselstromnetze gefordert werden.

Im zweiten Fall, d. h. bei der Ständererregung der Hintermaschine, ließ sich eine Leistungsregelung auch ohne Zuhilfenahme von Schnellreglern ohne Schwierigkeiten ermöglichen, solange die von dem Umformer zu übertragende Leistung konstant zu halten war. Wurde aber eine Leistungsregelung des Umformers nach anderen Gesetzen gefordert, so wurden zur Lösung dieser Aufgabe wieder recht umständliche Schaltungen notwendig.

Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Netzkupplungseinrichtung, welche die Vorteile beider Erregungsweisen miteinander verbindet, ohne ihre Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, so daß man in der Lage ist, die gesamte Leistungsübertragung von Netz zu Netz nach irgendeinem vorgeschriebenen Gesetz (z. B. Leistung als Funktion des Frequenzverhältnisses) zu regeln. Dieser Zweck wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß als Hintermaschine eine sowohl über den Ständer als auch über den Läufer erregte und in beiden Erregungen getrennt regelbare kompensierte Kommutatormaschine verwendet wird.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch veranschaulicht.

In Abb. ι bedeutet 1 ein Drehstromnetz, an welches eine den Vordermotor der einen Umformerhälfte darstellende Asynchronmaschine 2 angeschlossen ist. Die andere Hälfte-des Umformers wird durch eine Synchronmaschine 3 gebildet, die auf ein Ein-

''} Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

KarlBaiidisch in Berlin-Wilmersdorf.

phasennetz 4 arbeitet. Mit der Asynchronmaschine 2 ist ferner eine Kommutatorhintermaschine S gekuppelt, deren Ständerwicklung aus zwei Teilen besteht. Der eine'als Gegenkompoundwicklung 8 ausgebildete Teil, der zugleich die Kompensationswicklung der Hintermaschine darstellt, ist einerseits an die Schleifringe 6 des Vordermotors 2, andererseits an die Kommutatorbürsten 7 der Hinter-. 10 maschine 5 angeschlossen. Der andere Teil wird durch eine Hilfserregerwicklung 13 gebildet, welche über einen Widerstand 14 einerseits an den Schlupf Stromkreis des Vordermotors 2 und andererseits an die Kommutatorbürsten 11 eines Frequenzwandler 9 angeschlossen ist. Der Frequenzwandler 9 ist ebenfalls mit dem Umformer 2, 3, S gekuppelt und über Schleifringe 10 mit einem an das Drehstromnetz 1 angeschlossenen regelbaren Transformator 12 verbunden.· Im Ständerstromkreis der Asynchronmaschine 2 liegt ein Verbundtransformator 16, dessen Sekundärwicklung einerseits über einen regelbaren Transformator 17 an das Netz 1 und andererseits an die Schleifringe 15 4er Hintermaschine 5 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung erhellt am besten aus Abb. 2, in welcher verschiedene Frequenz - Belastungs-Charakteristiken (übertragene Leistung als Funktion des Frequenzverhältnisses der beiden Netze) veranschaulicht sind. Die waagerechte Gerade α zeigt einen konstanten Verlauf der zu übertragenden Leistung bei allen Frequenzverhältnissen. Dieser Zustand läßt sich ohne weiteres mittels der vorstehend beschriebenen Ständererregung der Hintermaschine 5 aufrechterhalten. Soll dagegen der Umformer als Spitzenmaschine laufen, d. h. bei Veränderung des Frequenzverhältnisses der beiden Netze eine Pufferwirkung ausüben, so daß die zu übertragende Leistung etwa nach der Kurve b der Abb. 2 verläuft, so ist hierzu eine zusätzliche Regelung durch Zuführung einer der Läuferwicklung der Kommutatorhintermaschine 5 aufgedrückten Erregerspannung erforderlich. Die Pufferung kommt dadurch zustande, daß die der Läuferwicklung aufgedrückte Spannung durch den Verbundtransformator 16 beeinflußt wird, d. h. von der vom Vordermotor 2 aufgenommenen Stromstärke abhängt. Das Maß der Pufferung kann dabei durch Einstellung des regelbaren Transformators 17 je nach Bedarf geändert werden.

Manchmal ist es erwünscht, daß der Netzkupplungsumformer weder mit konstanter zu übertragender Leistung noch als Spitzenmaschine arbeitet, sondern dazu dient, ein bestimmtes Leistungsverhältnis zwischen den die Netze 1 und 4 speisenden Stromerzeugern und dem Umformer 2, 3, S aufrechtzuerhalten. Dieser Forderung kann durch die in Abb. 3 dargestellte Schaltung entsprochen werden, welche eine Anordnung zeigt, bei der die Leerlaufsdrehzahl des Umformers entsprechend dem gewünschten Leistungsverhältnis regelbar ist.

Bei der Anordnung nach Abb. 3 ist die Art der S tänder erregung der Hintermaschine 5 dieselbe wie bei der Anordnung nach Abb. 1. Dagegen wird abweichend von Abb. 1 die Läuferwicklung der Hintermaschine 5 nicht vom Netz 1 unmittelbar, sondern über einen Erregerumformer gespeist, der aus einer durch einen Synchronmotor 22 angetriebenen Drehstromerregermaschine 18 und einem schleifringseitig über einen Verbundtransformator 16 an das Netzi angeschlossenen Drehstrom-Gleichstrom-Einankerumformer 21 besteht. Während die eine der beiden Feldwicklungen der Erregermaschine 18, die sogenannte Phasenwicklung 19, aus einer Gleichstromquelle mit konstanter Spannung gespeist wird, richtet sich die Erregung der zweiten Erregerwicklung, der sogenannten Drehzahlwicklung 20, der Drehstromerregermaschine 18 nach der jeweiligen Spannung, die auf der Gleichstromseite des Drehstrom-Gleichstrom-Einankerumformers 21 herrscht. Ent- go sprechend dieser durch die Ständerstromstärke des Vordermotors 2 beeinflußten Spannung ändert sich infolge der beschriebenen Schaltung die Leerlaufsdrehzahl des Regelsatzes 2, 3 selbsttätig so, daß das gewünschte Leistungsverhältnis zwischen den beiden Netzen ι und 32 erreicht wird. (Das zweite Netz ist hier abweichend von Abb. 1 als Drehstromnetz 32 dargestellt.) Die Charakteristik des Umformers verläuft etwa nach den Kurven c oder c der Abb. 2, je nach der mehr oder weniger starken Erregung des Drehstrom - Gleichstrom - Einankerumformers 21.

Mit der zuletzt beschriebenen Einrichtung ist es möglich, entweder (bei Abschaltung der Läufererregung) mit konstanter Leistungsübertragung zu arbeiten oder den Umformer als Spitzenmaschine zu betreiben oder schließlich eine proportionale Belastungsverteilung auf die beiden Netze durchzuführen, ohne daß es irgendwelcher Schnellregler oder ähnlicher Kontaktvorrichtungen bedarf.

Sind sehr große Leistungen zu übertragen, so steigt entsprechend der Stromwärmeverlust im Widerstand 14 (Abb. 1) der Ständerhilf serregung der Hintermaschine 5. - Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn man gemäß Abb. 4 eine besondere Hilfserregermaschine 23 verwendet. Die Erregermaschine besitzt zwei Ständerwicklungen, und zwar eine über einen Widerstand 25 vom Frequenz-

wandler 9 gespeiste Wicklung 24 und eine über einen Widerstand 27 an die Schleifringe 6 des Vordermotors 2 angeschlossene Wicklung 26. Man gibt zweckmäßig der Hilfserregermaschine 23 eine starke Ankerrückwirkung und erreicht damit, daß der UVriformer auch in dieser Schaltung normalerweise mit konstanter Leistungsübertragung arbeitet. Die Hilfserregermaschine 23 ist außer mit einem sie antreibenden Synchronmotor 28 noch mit einer Drehstromerregermaschine 29 gekuppelt, die zur Erregung des Läufers der Hintermaschine S herangezogen werden kann, sobald eine von der konstanten Leistungsübertragung abweichende Betriebsweise des Umformers 2, 3, 5 gefordert wird. Die Drehstromerregermaschine 29 ist zu diesem Zweck wieder mit einer Phasenwicklung 30 zur Blindleistungsregelung und einer Drehzahlwicklung 31 ausgerüstet.

Der Hauptvorteil der beschriebenen Einrichtungen liegt darin, daß sich mit ihnen weit günstigere Regelverhältnisse als mit den bisher bekannten Einrichtungen zur Kupplung von Netzen verschiedener Frequenz erreichen lassen. So ist es z. B. mit ständererregten Hintermaschinen nicht möglich, in der Vordermaschine so starke Blindleistungen zu erzeugen, daß die asynchrone Vordermaschine bei leerlaufendem Umformer als asynchrone Blindleistungsmaschine betrieben und dabei voll ausgenutzt werden kann. Denn wenn die Hintermaschine nur im Ständer erregt wird, ist bei annähernd synchronem Lauf infolge der veränderlichen Verhältnisse zwischen dem Ohmschen und dem induktiven Widerstand die Phasenlage der Erregerspannung nur schwer beherrschbar. Andererseits gestattet eine rein läufererregte Hintermaschine eine Regelung auf konstante Leistungsübertragung des Umformers nur unter Zuhilfenahme von Eil- oder Schnellreglern oder umständlichen Hilfseinrichtungen. Beide Nachteile werden nun durch die den Gegenstand der Erfindung bildende Netzkupplungs-■ einrichtung in gleicher Weise vermieden.

Denn mit dieser Einrichtung ist es möglich, die asynchrone Vordermaschine so zu regeln, daß sie stets mit ihrer vollen Scheinleistung betrieben wird. Es ist hierzu beispielsweise nur notwendig, die Phasenwicklung der Drehstromerregermaschine durch einen Stromregler oder einen selbsttätigen Leistungsfaktorregler so zu beeinflussen, daß der Gesamtstrom auf der Primärseite der Asynchronmaschine entweder konstant gehalten oder nach einem beliebig vorgeschriebenen Gesetz verändert wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Kupplung zweier Wechselstromnetze verschiedener Frequenz mittels eines Umformers, dessen eine Hälfte aus einer Asynchronmaschine mit Kommutatormaschine besteht zwecks Regelung der gesamten Leistungsübertragung nach einem vorgeschriebenen Gesetz

(z. B. Leistung als Funktion des Frequenzverhältnisses), dadurch gekennzeichnet, daß als Hintermaschine eine sowohl über den Ständer als auch über den Läufer erregte und in beiden Erregungen getrennt regelbare kompensierte Kommutatormaschine verwendet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständererregung der Kommutatorhintermaschine (5) auf konstante Leistungsübertragung einstellbar, die Läufererregung mittels einer eine Verbundwirkung ausübenden Einrichtung an sich bekannter Art in Abhängigkeit von der Stromaufnahme des Vordermotors (2) regelbar ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Läufererregung durch eine Drehstromerregermaschine (18) geliefert wird, deren die Drehzahl bestimmende Erregerwicklung (20) an einen Drehstrom - Gleichstrom - Einankerumformer g₀ (21) angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Ständererregung durch eine von einem Synchronmotor (28) angetriebene Hilfserregermaschine (23) geliefert wird, die als s tänder er regte Kommutatormaschine mit starker Ankerrückwirkung ausgebildet ist und teils mit der Rotorschlupfspannung der Asynchronmaschine (2), teils über einen am Netz liegenden Frequenzwandler (9) erregt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen