DE532889C

DE532889C - Arrangement for reducing the influence of the inductive voltage drop in the excitation circuit leading to the slip frequency of state-excited commutator rear machines

Info

Publication number: DE532889C
Application number: DES80433D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Michael Liwschitz
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1927-06-28
Filing date: 1927-06-28
Publication date: 1931-09-07

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
7. SEPTEMBER 1931ISSUED ON
SEPTEMBER 7, 1931

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21 d2 GRUPPECLASS 21 d2 GROUP

KommutatorhintermaschinenCommutator backing machines

Zusatz zum Patent 486Addendum to patent 486

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Juni 1927 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 20. April 1927.Patented in the German Empire from June 28, 1927 The main patent started on April 20, 1927.

Das Hauptpatent betrifft eine Anordnung zur Verminderung des Einflusses des induktiven Spannungsabfalles insbesondere in dem Schlupffrequenz führenden Erregerstromkreis von ständererregten Kommutatorhintermaschinen, die für die Drehzahlregelung von asynchronen Vordermaschinen dienen. Der Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine wird dabei von einem zweiten Stromkreis mit mindestens annähernd konstanter Frequenz (zweckmäßig die Netzfrequenz) über einen Frequenzwandler gespeist. Gemäß der Erfindung des Hauptpatentes ist in den Erregerstromkreis der Komtnutatorhintermaschine ein Stromtransformator eingeschaltet, dessen Sekundärspannung nach Umformung auf die konstante Frequenz (über einen zweiten Frequenzwandler) in Reihenschaltung mit der Spannung des zweitenThe main patent relates to an arrangement for reducing the influence of the inductive Voltage drop in particular in the excitation circuit carrying the slip frequency of stator-excited commutator rear machines that are used to control the speed of asynchronous front machines. Of the The excitation circuit of the commutator rear machine is supplied by a second Circuit with at least approximately constant frequency (the mains frequency is useful) fed via a frequency converter. According to the invention of the main patent is in the excitation circuit of the Komtnutatorhintermaschine a current transformer switched on, its secondary voltage after Conversion to the constant frequency (via a second frequency converter) in series connection with the tension of the second

ao speisenden Stromkreises dem erstgenannten Frequenzwandler zugeführt ist.ao feeding circuit is fed to the first-mentioned frequency converter.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung und Verbesserung dieser Anordnung. Erfindungsgemäß sind zur Aufhebung des induktiven Spannungsabfalles in ag der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine zwei miteinander mechanisch gekuppelte und mit einer von der Drehzahl der asynchronen Vordermaschine unabhängigen Drehzahl laufende Frequenzwandler vorgesehen, von denen der erste in den Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine eingeschaltet ist und von dem zweiten Frequenzwandler gespeist wird, während dieser zweite Frequenzwandler seinerseits von der Sekundärwicklung des in den Erregerstromkreis eingeschalteten Stromtransformators gespeist wird. Die beiden Frequenzwandler können nunmehr in beliebiger Weise und beliebig schnell, z. B. durch einen kleinen Hilfsasynchronmotor, angetrieben werden, was namentlich bei langsam laufender asynchroner Vordermaschine vorteilhaft ist, da nuntaehr eine Zahnradübertragung zwischen dieser asynchronen Vordermaschine und den Frequenzwandlern entfällt. Zur Deckung des Ohmschen Spannungsabfalles im Erregerstromkreis der KommutatorhintermaschineThe present invention relates to a further development and improvement of this Arrangement. According to the invention are to cancel the inductive voltage drop in ag the excitation winding of the commutator rear machine are two mechanically coupled and with one independent of the speed of the asynchronous front machine Speed-running frequency converters are provided, the first of which in the excitation circuit the commutator back machine is switched on and from the second frequency converter is fed, while this second frequency converter in turn from the Secondary winding of the current transformer connected to the excitation circuit is fed. The two frequency converters can now be used in any way and in any way fast, e.g. B. driven by a small auxiliary asynchronous motor, what is particularly advantageous with slowly running asynchronous front machine, since now a gear transmission between this asynchronous front machine and the frequency converters not applicable. To cover the ohmic voltage drop in the excitation circuit the commutator back machine

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr.-Ing. Michael Liivschitj in Berlin-Charlottenburg.Dr.-Ing. Michael Liivschitj in Berlin-Charlottenburg.

kann ndch-ein.ilritter~Fre"quenzwandler vorgesehen sein, der in -bekannter Weise vom Netz aus über" "einen Regeltransformator gespeist wird. Dieser dritte Frequenzwandler muß synchron mit der asynchronen Vordermaschine laufen. Er ist sehr kl-ein, da er nur die geringe für die Ohmschen Verluste notwendige Leistung zu liefern hat.ndch-ein.ilritter frequency converter can be provided be the one from the network in the familiar way is fed from "" a regulating transformer. This third frequency converter must run synchronously with the asynchronous front machine. He's very smart because he's only has to deliver the low power necessary for the ohmic losses.

Die Zeichnung zeigt die neue Anordnung ίο an einem Beispiel. Es soll die Asynchronmaschine ι mittels der Kommutatorhintermaschine 2 derart geregelt werden, daß die Asynchronmaschine entweder in ihrer Leistung vom Schlupf vollständig unabhängig ist, oder in einer bestimmten, beliebig einstellbaren Abhängigkeit zum Schlupf steht. Im. erstgenannten Fall wird die Sekundärspannung der Asynchronmaschine durch die von der Kommutatorhinterimascbine entwikkelte Spannung vollständig aufgehoben, und der Sekundärstrom der Asynchronmaschine wird durch eine über die Kommutatorhintermaschine· eingeführte, vom Schlupf unabhängige Spannung erzeugt, im zweiten. Falle wird ein bestimmter, einstellbarer Bruchteil der Sekundärspannung der Asynchronmaschine durch die Kommutatorhintermaschine aufgehoben. Um dies zu erreichen, wird die Erregerwicklung 3 im Ständer der Kommutatorhinterimaschine in Hintereinanderschaltung von einer dem Schlupf proportionalen Spannung und von einer vom Schlupf unabhängigen Spannung gespeist. Die erstere Spannung liefert über die Hilfsschleifringe 4 eine Hilfswicklung im Sekundärteil der Maschine i. Diese Spannung wird über den Regeltransformator 5 und die Frequenzwandler 6 und 7 der Erregerwicklung 3 zugeführt. Die vom Schlupf unabhängige Spannung wird vom Netze aus über den Regeltransformator 8 und über einen dritten Frequenzwandler 9 geliefert. Zur Aufhebung des induktiven Spannungsabfalles im Stromkreis der Erregerwicklung 3 dienen nun ebenfalls die beiden Frequenzwandler 6 und 7 und der mit der Wicklung 3 in Reihe geschaltete Stromtransformator 10. Die beiden Frequenzwandler 6 und 7 werden von einem Asynchronmotor 11 angetrieben. Der induktive Spannungsabfall im Stromkreis der Erregerwicklung 3 ist einerseits der Stärke des Erreger-Stromes, andererseits der Schlupffrequen.z proportional; dasselbe gilt auch für die Sekundärspannung am Stromtransformator 10. Diese Spannung wird ebenfalls über den Frequenzwandler 6 dem Frequenzwandler 7 und damit der Erregerwicklung 3 zugeführt,. sie ' ist derart bemessen und in der Phase eingestellt, daß sie den induktiven Spannungsabfall in der Wicklung 3 aufhebt. Von den beiden Frequenzwandlern 6 und 7 besitzt mindestens der eine eirig Kompensationswicklung. The drawing shows an example of the new arrangement ίο. It should be the asynchronous machine ι be controlled by means of the commutator rear machine 2 in such a way that the Asynchronous machine is either completely independent of the slip in its performance, or in a certain, freely adjustable Dependency on the slip is. In the former case, the secondary voltage becomes the asynchronous machine by the one developed by the commutator rear machine The voltage is completely canceled and the secondary current of the asynchronous machine is passed through a commutator rear machine introduced tension independent of the slip generated in the second. Cases becomes a certain, adjustable fraction of the secondary voltage of the asynchronous machine canceled by the commutator back machine. To achieve this, the Excitation winding 3 in the stator of the commutator back-up machine in series connection a voltage proportional to the slip and independent of the slip Voltage fed. The former voltage supplies an auxiliary winding in the secondary part of the machine via the auxiliary slip rings 4 i. This voltage is transmitted via the regulating transformer 5 and the frequency converter 6 and 7 of the excitation winding 3 are supplied. The tension independent of the slip becomes from the network via the regulating transformer 8 and a third frequency converter 9 delivered. To cancel the inductive voltage drop in the circuit of the excitation winding 3 are now also used two frequency converters 6 and 7 and the current transformer connected in series with the winding 3 10. The two frequency converters 6 and 7 are powered by an asynchronous motor 11 powered. The inductive voltage drop in the circuit of the excitation winding 3 is on the one hand the strength of the excitation current, on the other hand the Schlupffrequen.z proportional; the same also applies to the secondary voltage at the current transformer 10. This voltage is also via the frequency converter 6 to the frequency converter 7 and thus supplied to the excitation winding 3. she 'is so dimensioned and adjusted in phase that it eliminates the inductive voltage drop in winding 3 picks up. At least one of the two frequency converters 6 and 7 has a compensation winding.

Die Spannung des Stromtransformators 10 kann noch dazu benutzt werden, die durch die Drehzahländerungen der Kommutatorhintermaschine 2 bedingten Abweichungen· ihrer Kommutatorspannung, vom Sollbetrag zu kompensieren, da auch diese Abweichungen einerseits proportional der Drehzahländerung (also dem Schlupf der Maschine 1), anderer-" seits proportional der Stärke des Erregerf'eldes bzw. des Erregerstromes in der Wicklung 3 sind. Der Transformator 10 ist dann zweckmäßig als Drehtransformator ausgebildet, so daß man die Phasenlage seiner Sekundärspannung leicht derart einstellen kann, daß sie sich aus zwei aufeinander senkrechten Komponenten zusammensetzt, von denen, die eine den induktiven Spannungsabfall in der Wicklung 3 deckt, die zweite den Einfluß der Drehzahländerungen ausgleicht.The voltage of the current transformer 10 can still be used by the Changes in the rotational speed of the commutator rear machine 2 cause deviations in their Commutator voltage, to be compensated for by the nominal amount, since these deviations are also possible on the one hand proportional to the change in speed (i.e. the slip of machine 1), on the other hand- " on the other hand proportional to the strength of the excitation field or the excitation current in the winding 3 are. The transformer 10 is then expediently designed as a rotary transformer, so that you can easily adjust the phase position of your secondary voltage in such a way that it is composed of two mutually perpendicular components, of those who one covers the inductive voltage drop in the winding 3, the second the influence of the Compensates for changes in speed.

Der Regelvdrgang an der Maschine 1 wird namentlich dann, wenn auf vom Schlupf unabhängige konstante Leistung geregelt wird, durch vom Belastungsstrom in der Sekundärwicklung der Maschine 1 erzeugte Streuspannungen gestört. Um den Einfluß dieser Streuspannungen aufzuheben, ist ein zweiter Stromtransformator 12 vorgesehen, dessen Primärwicklung in den Sekundärstrotnkreis der Maschine 1 eingeschaltet ist und dessen Sekundärwicklung entweder, wie gezeichnet, in den Sekundärstromkreis des Stromtransformators 10 oder auch unmittelbar in den Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine eingeschaltet ist.The control process on machine 1 becomes in particular when the constant power is regulated independently of the slip, through the load current in the secondary winding the machine 1 generated stray voltages disturbed. To the influence To cancel these stray voltages is a second current transformer 12 provided, whose primary winding is switched into the secondary electrical circuit of machine 1 and its secondary winding either, as shown, in the secondary circuit of the Current transformer 10 or directly in the excitation circuit of the commutator rear machine is switched on.

Die durch den sekundären Belastungsstrom hervorgerufenen Streuspannungen induzieren auch die an die Schleifringe4 angeschlossene Hilfswicklung. Um auch diese Spannung aufzuheben, ist ein dritter Stromtransformator 13 vorgesehen, der wieder einerseits in den Sekundärstromkreis der Maschine 1, andererseits in den Stromkreis der genannten Hilfswicklung eingeschaltet ist. Dieser Stromtransformator 13 wird überflüssig, wenn die dem Schlupf proportionale Spannung statt von einer Hilfswicklung von der Sekundärwicklung einer mit der Hauptmaschine synchron laufenden, primär vom Netz erregten Hilfsasynchronmaschine geliefert wird.Induce the stray voltages caused by the secondary load current also the auxiliary winding connected to the slip rings4. To this tension too cancel, a third current transformer 13 is provided, which again on the one hand in the Secondary circuit of machine 1, on the other hand in the circuit of said auxiliary winding is switched on. This current transformer 13 is superfluous when the voltage proportional to the slip instead of an auxiliary winding from the secondary winding one that runs synchronously with the main engine and is primarily excited by the mains Auxiliary asynchronous machine is supplied.

Die beiden Transformatoren- 12 und 13 wirken einander entgegen, sie können daher durch einen Transformator ersetzt werden, der einerseits in den Sekundär Stromkreis der Maschine 1, andererseits in den Stromkreis der an die Schleifringe 4 angeschlossenen Hilfswicklung eingeschaltet ist und dessen Spannung gleich der Differenz der von den Transformatoren 12 und -13 gelieferten Spannungen ist. Dieser Transformator ist jedochThe two transformers - 12 and 13 counteract each other, they can therefore be replaced by a transformer, on the one hand in the secondary circuit of machine 1, on the other hand in the circuit the auxiliary winding connected to the slip rings 4 is switched on and its Voltage equal to the difference between the voltages supplied by transformers 12 and -13 is. However, this transformer is

zweckmäßig regelbar auszubilden, da von den beiden Spannungen, die er aufheben soll, die eine, nämlich die Streuspanung in der sekundären Hilfswicklung der Maschine i, durch Änderung der Übersetzung am Transformator 5 ebenfalls geändert wird, während dje Streuspannung in der sekundären Hauptwicklung der Maschine ι dadurch nicht beeinflußt wird. Bei Änderung der Übersetzung ίο am Transformator 5 muß daher der genannte Ersatztransformator neu eingestellt werden. Dies ist jedoch, namentlich wenn jene Änderung nur gering ist, nicht unbedingt notwendig. expediently adjustable, since of the two tensions that it is supposed to cancel the one, namely the stray voltage in the secondary auxiliary winding of the machine i Changing the translation on the transformer 5 is also changed, while dje Stray voltage in the secondary main winding of the machine is not affected will. When changing the translation ίο on the transformer 5 must therefore be mentioned Replacement transformer must be reset. However, this is especially true when that change is only small, not absolutely necessary.

Da der induktive Spannungsabfall im Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine ständig aufgehoben ist, so haben die auf den Erregerstrom einwirkenden, von den Transformatoren 5 und 8 gelieferten Spanso nungen nur den Ohmschen Spannungsabfall zu decken. Dieser Ohmsche Spannungsabfall ist aber sehr klein. Die Regulierung an den Transformatoren 5 und 8 ist daher schwierig und nicht genügend feinstufig, da sich Anzapftransformatoren für feinstufige Regelung sehr kleiner Spannungen schlecht ausbilden lassen. Um die Regelung zu verbessern, sind in den Stromkreis der Wicklung 3 noch Ohmsche Widerstände 14 eingeschaltet. Diese erhöhen in beliebig starkem Maße die von den Transformatoren. 5 und 8 zu liefernden Regelspannungen. Die Ohmschen Widerstände 14 können selbst regelbar sein und dann mit zur Regelung, beispielsweise zur Feinregelung, herangezogen werden.Because the inductive voltage drop in the excitation circuit of the commutator rear machine is constantly canceled, so have those acting on the excitation current, of the Transformers 5 and 8 supplied Spanso voltages only the ohmic voltage drop cover up. However, this ohmic voltage drop is very small. The regulation to the Transformers 5 and 8 is therefore difficult and not sufficiently finely graded, since they are tap transformers for fine-level regulation of very small voltages can be poorly trained. To improve the scheme are ohmic resistors 14 are switched on in the circuit of winding 3. Increase this to any extent that of the transformers. 5 and 8 control voltages to be supplied. The ohmic resistors 14 can be regulated themselves and then with the Regulation, for example for fine regulation, can be used.

Statt des Frequenzwandlers 6 kann man auch eine gewöhnliche Asynchronmaschine vorsehen, deren Schlupffrequenz führende Wicklung an die Sekundärseite des Stromtransformators 10 angeschlossen ist, während die. zweite Wicklung mit höherer Frequenz die Schleifringe des Frequenzwandlers 7 speist. Man kann aber auch den Stromtransformator 10 und den Frequenzwandler. 6 durch eine Asynchronmaschine ersetzen, deren Ständerwicklung in den Stromkreis der Erregerwicklung 3 eingeschaltet ist, während ihre Läuferwicklung mit den Schleifringen des Frequenzwandlers 7 verbunden ist. In diesem Fall müssen allerdings die Spannungen der Transformatoren 5, 12 und 13 unmittelbar in den Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine eingeführt werden.Instead of the frequency converter 6, an ordinary asynchronous machine can also be used provide, the slip frequency leading winding to the secondary side of the current transformer 10 is connected while the. second winding with higher frequency feeds the slip rings of the frequency converter 7. But you can also use the current transformer 10 and the frequency converter. 6 replace with an asynchronous machine, whose stator winding is switched on in the circuit of the excitation winding 3 while its rotor winding is connected to the slip rings of the frequency converter 7. In In this case, however, the voltages of transformers 5, 12 and 13 must be immediate be introduced into the excitation circuit of the commutator rear machine.

Die dargestellte Anordnung hat noch den Vorteil, daß die Transformatoren .12 und 13 und insbesondere der Regeltransformator 5 sehr klein ausfallen, da sie die Erregerwicklung 3 nicht unmittelbar, sondern über die Frequenzwandler 6 und 7 speisen. Da der Frequenzwandler 7 mit einer Kompensationswicklung ausgerüstet ist, so hat der Frequenzwandler 6 nur dessen Erregerleistung zu liefern, die etwa 30 °/₀ der vom Frequenzwandler 7 abgegebenen Leistung beträgt'. Diese Verkleinerung der Transformatoren 5, 12 und 13 kann· noch erhöht werden, wenn man den Frequenzwandler 7 im Ständer mit einer vom Kommutator aus im Nebenschluß gespeisten Erregerwicklung 16 versieht. Die dem Frequenzwandler 7 an den Schleifringen zuzuführende Erregerleistung wird dann auf einen Bruchteil vermindert. Der Hilfserregerwicklung 16 sind noch Ohmsche Widerständeis vorgeschaltet, um eine Gleichstromselbsterregung zu vermeiden.The arrangement shown has the advantage that the transformers .12 and 13 and in particular the control transformer 5 turn out to be very small, since they do not feed the excitation winding 3 directly, but via the frequency converters 6 and 7. Since the frequency converter 7 is equipped with a compensation winding, the frequency converter 6 only has to supply its excitation power, which is approximately 30 ° / _{0 of} the power output by the frequency converter 7 '. This reduction in size of the transformers 5, 12 and 13 can be further increased if the frequency converter 7 in the stator is provided with an excitation winding 16 fed by the commutator in a shunt. The excitation power to be supplied to the frequency converter 7 at the slip rings is then reduced to a fraction. The auxiliary excitation winding 16 is also preceded by ohmic resistances in order to avoid direct current self-excitation.

Die Transformatoren 10, 12 und 13 sind zweckmäßig, als rückwirkungslose Transformatoren ausgebildet, so daß sie zwar die geforderten Spannungen in ihre Sekundärstromkreise einführen, daß hingegen eine Rückwirkung des Sekundärstromes auf den primären Stromkreis im wesentlichen nicht stattfindet. Die Transformatoren besitzen dann z. B. einen großen Luftspalt, so daß sie auch große Magnetisierungsströme aufnehmen. Zur Einstellung der richtigen Phase der verschiedenen Spannungen können die genannten Transformatoren außerdem als Drehtransformatoren ausgebildet sein, wobei die Aufhebung der Rückwirkung durch Vergrößerung des Luftspaltes in besonders einfacher Weise erreicht wird.The transformers 10, 12 and 13 are expediently designed as non-reactive transformers, so that they do the required Introduce voltages into their secondary circuits, that, however, a retroactive effect of the secondary current on the primary Circuit essentially does not take place. The transformers then have z. B. a large air gap, so that they also absorb large magnetizing currents. To recruitment the correct phase of the various voltages can use the said transformers also be designed as rotary transformers, the cancellation of the reaction by increasing the Air gap is achieved in a particularly simple manner.

Claims

Patent claims:

i. Arrangement to reduce the influence of the inductive voltage drop in the leading slip frequency Excitation circuit of stator-excited commimutator rear machines, the one second circuit with at least approximately constant frequency (expediently the mains frequency) via one. Frequency converter feeds, according to patent 486 653, with a current transformer in the excitation circuit the commutator rear machine is provided, the secondary voltage of which after reshaping (via a second frequency converter) to the constant frequency of the second circuit in series with the voltage of the second feeding circuit is fed to the first-mentioned frequency converter, characterized in that the two frequency converters with one of the speed asynchronous front machine are driven independent speed.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the secondary circuit of the current transformer increases proportionally with the slippage, in particular from an auxiliary

winding in the secondary part of the asynchronous front machine adjustable slip voltage switched on is.

3. Arrangement according to claim 1 for increasing the ohmic voltage drop covering control voltages, characterized by possibly controllable ohmic resistances in the circuit the excitation winding of the commutator rear machine.

4. Arrangement according to claim 2, wherein one of the two frequency converters one Has compensation winding, characterized in that this frequency converter in the stator has an excitation winding (16) fed by the commutator in a shunt.

For this purpose I sheet drawings