DE534009C

DE534009C - UEber Ohmsche Widerstaende oder Ohmsche und induktive Widerstaende fremderregte Drehstrom-Erregermaschine

Info

Publication number: DE534009C
Application number: DEA56697D
Authority: DE
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1929-01-29
Filing date: 1929-01-29
Publication date: 1931-09-21

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
21. SEPTEMBER 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 534009 KLASSE 21 d ² GRUPPE

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie in Baden, Schweiz

Über Ohmsche Widerstände oder Ohmsche und induktive Widerstände fremderregte Drehstrom-Erregermaschine

Zusatz zum Patent 476

Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. Januar 1929 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 15. Mai 1925.

Im Hauptpatent 476 719 ist eine Erregermaschine zur Erregung einer mit einem Induktionsmotor in Kaskade geschalteten Hintermaschine beschrieben worden, deren Wirküngsweise darauf beruht, daß die zur Erzeugung des Eigenfeldes dieser Maschine notwendigen Amperewindungen nur einen Bruchteil der Amperewindungen der fremderregten Erregerwicklungen bilden. Zu diesem Zweck ist die Erregermaschine mit starker Ankerrückwirkung ausgeführt, was gemäß dem Hauptpatent z. B. durch eine Kompoundwicklung erreicht werden kann. Diese Bauweise der Erregermaschine bewirkt, daß die Amperewindungen der Kompoundwicklung ungefähr entgegengesetzt und gleich den fremderregten Amperewindungen sind. Es besteht Proportionalität zwischen dem'Erregerstrom der Hintermaschine und den fremderregten Amperewindungen der Erregermaschine.

Da die zur Erzeugung des Eigenfeldes der Erregermaschine erforderliche Amperewindung klein gegen die der Kompoundwicklung und gegen die der fremderregten Erregerwicklung sein soll, müssen die Amperewindungen der beiden letztgenannten Wicklungen um so größer sein, je größer die Eigenamperewindung, je größer also die resultierende in der Erregermaschine zu induzierende Spannung ist, die ihrerseits gleich dem gesamten Spannungsabfall im Erregerkreis der Hintermaschine ist. Bei großem Spannungsabfall im Erregerkreis können also die Amperewindungen der einzelnen Wicklungen und die Erregermaschine selbst unerwünscht groß werden.

Ist dies der Fall, so soll erfindungsgemäß eine Spannungsentlastung der Erregermaschine dadurch erreicht werden, daß in Reihe zur Spannung der Erregermaschine eine der Schlupffrequenz wenigstens angenähert proportionale Spannung in den Erregerkreis der Hintermaschine eingeführt wird, die einen Teil der Erregerspannung der Hintermaschine deckt. Als eine solche Spannung kann ζ .B. die gegebenenfalls durch einen Transformator konstanten oder veränderlichen Übersetzungsverhältnisses (Zusatztransformator) umgesetzte Schleifringspannung verwendet werden. Da die Spannung an der Erregerwicklung der Hintermaschine in Abhängigkeit von der Schlüpfung aufgetragen, näherungsweise nach einer Parabel verläuft (s. Patent 241 188), kann bei der günstigsten. Größe und Phasenlage der einzuführenden, dem Schlupf proportionalen Zusatzspannung die in der Erregermaschine zu erzeugende Spannung auf etwa ¹Z₀ der ohne

Zusatztransformator erforderlichen Spannung verkleinert werden. Wird als Zusatzspannung eine der Schleifringspannung des Hauptmotors gleichgerichtete' Spannung verwendet, so kann zwar der Erregerkreis der Hintermaschine so geschaltet werden, daß entweder bei untersynchronem oder bei übersynchronem Lauf die in der Erregermaschine zu erzeugende Spannung verkleinert wird. ίο Wenn aber der Erregerkreis beim Durchgang durch den Synchronismus nicht umgeschaltet wird, wird nach dem Durchgang die erforderliche Spannung der Erregermaschine durch die Zusatzspannung nicht, wie' vorher, verkleinert, sondern vergrößert. Wenn in beiden Schlüpfungsbereichen die Erregermaschine entlastet werden soll, muß deshalb beim Durchgang durch den Synchronismus die Richtung der Zusatzspannung gegenüber der der Schleifringspannung um i8o° gedreht werden; dies kann durch primäre oder sekundäre Umschaltung des Zusatztransformators erreicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel dieser Schaltung zeigt Abb. 1 in einphasiger Darstellung. Die Schaltung ist aber auch für ein mehrphasiges System gültig. Es stellen dar: 1 die Asynchronmaschine, 2 die Kommutatorhintermaschine, 2^a ihre !Compensations- und Reihen-Schlußerregerwicklung, 2^δ ihre fremderregte Wicklung, 3 die Erregermaschine, 4 einen vom Transformator 5 gespeisten Frequenzwandler, der über den Widerstand 6 die Erregermaschine fremderregt, 7 den Zusatztransformator, 8° und 8^δ Schalter zur Ausführung der unten zu besprechenden Umschaltungen des Zusatztransformators, 9 den Antriebsmotor der Erregermaschine. Die obenerwähnte Umschaltung des Zusatztransformators ist in dem Ausführungsbeispiel so ausgeführt gedacht, daß die sekundäre Wicklung für das doppelte der erforderlichen Spannung vorgesehen is,t und je nach dem Schlüpfungsbereich die eine oder die andere Wicklungshälfte in den Erregerkreis der Hintermaschine eingeschaltet werden kann. In Abb. 1 ist unter 10 noch ein weiterer Schalter eingezeichnet; es kann nämlich unter Umständen, wenn z. B. der Hauptmotor infolge wechselnder Belastung bei derselben Stellung der Schalter einmal über- und einmal untersynchron arbeitet, vorteilhaft sein, den Zusatztransformator in der Nähe des Synchronismus durch diesen Schalter zu überbrücken. Die Schalter 8^a und 8* sind dabei zweckmäßigerweise zu öffnen. Statt den Transformator sekundär zu überbrücken, kann auch seine Primärwicklung im Bereich des Synchronismus von den Schleifringen abgeschaltet und kurzgeschlossen werden. Statt der direkten Kupplung der Hintermaschine kann auch getrennter Antrieb erfolgen. Es kann auch die Erregermaschine direkt oder über Zahnradübersetzung vom Hauptmotor angetrieben werden. Statt nur vom Frequenzwandler kann die Erregermaschine noch von anderen Stromquellen erregt werden; so kann z. B. je nach der geforderten Drehzahlcharakteristik der Kaskade auch die Schleifringspannung des Hauptmotors unter Zwischenschaltung eines Widerstandes eine Erregerwicklung der Erregermaschine speisen. Soll der Erregerstrom der Hintermaschine in Abhängigkeit von der Belastung gebracht werden, so kann die Erregermaschine auch durch eine vom Rotorstrom des Hauptmotors durchfiossene Wicklung erregt werden. Statt der Schleifringspannung kann auch die Sekundärspannung einer mit dem Hauptmotor starr gekuppelten Asynchronmaschine oder die Vereinigung dieser und der gegebenenfalls umgeformten Schleifringspannung in den Erregerkreis der Hintermaschine eingeführt werden. Die beim Durchgang durch den Synchronismus notwendig werdende Umschaltung kann dabei auch an der Primär- oder Sekundärwicklung der Hilf sasynchronmaschine vorgenommen werden.

Die Wendepole der Kommutatorhintermaschine werden bekanntlich oft von einem Strom erregt, welcher der resultierenden erregenden Amperewindung der Hauptpole der Hintermaschine proportional ist. Für gegebene Phasenlage der Amperewindung der Hauptpole muß der.Strom der Wendepole bei negativer Schlüpfung entgegengesetzte Richtung haben wie bei positiver Schlüpfung. Setzt sich die Amperewindung der Hintermaschine wie in Abb. 1 aus den Amperewindungen der Wicklungen 2^a und 2^b zusammen, muß auch der Strom der Wendepole entsprechende Komponenten führen. Der Strom der fremderregten Wicklung 2⁵ der Hintermaschine ist in Abb. 1 dem Primärstrom des Transformators 7 proportional, und dieser Strom hat infolge der Umschaltung im Sekundärkreis des Transformators, verglichen mit dem Strom der Wicklung 2⁶, bei negativer Schlüpfung entgegengesetzte Richtung wie bei positiver Schlüpfung. Wird der Transformator 7 nicht sekundär, sondern primär umgeschaltet, so gilt das gleiche für den vor dem Schalter fließenden Primärstrom des Transformators. Der Primärstrom des Transformators 7 kann deshalb zur Erregung der Wendepole der Hintermaschine dienen; eine Umschaltung der Wendepolwicklung bei Durchgang durch den Synchronismus ist nicht erforderlich. Schließlich kann der Primärstrom des Transformators 7 um eine der Amperewindung der Reihenschlußerregerwicklung 2^a der Hintermaschine proportionale

Komponente vergrößert werden, so daß er der gesamten erregenden Amperewindung der Kommutatorhintermaschine 2 proportional ist. Dies ist der Fall, wenn der Transformator 7 mit einer dritten, vom Ankerstrom des Hauptmotors durchflossenen Wicklung ausgestattet ist. Da, von der magnetisierenden Amperewindung abgesehen, die Durchflutung der Primärwicklung des Transformators entgegengesetzt und gleich der geometrischen Summe der Amperewindungen der Sekundär- und der Tertiärwicklung ist, ist auch der Primärstrom des Transformators der resultierenden Amperewindung der Hintermaschine proportional, wenn sich die Windungszahlen der Sekundär- und Tertiärwicklung wie die Windungszahlen der Wicklungen 2* und 2^a der Hintermaschine verhalten. Erfolgt die Umschaltung des Transformators auf der Sekundärseite, so muß, wenn das Vorzeichen der Schlüpfung wechselt, auch die Stromrichtung der Tertiärwicklung umgekehrt werden. Da der Ankerstrom des Hauptmotors meist sehr hoch ist, wird die Änderung der Stromrichtung leichter ausführbar, wenn der Ankerstrom nicht unmittelbar über die Tertiärwicklung geleitet, sondern vorher durch einen weiteren Transformator auf kleineren Strom transformiert wird. Statt den Ankerstrom einer dritten Wicklung des Transformators 7 zuzuführen, kann er schließlich in dessen .Sekundärwicklung dem Strom der Wicklung 2* der Hintermaschine überlagert werden.
Damit ergibt sich die Schaltung der Abb. 2, in welcher der Einfachheit halber Erregermaschine und Frequenzumformer weggelassen sind. Die mit Abb. 1 gemeinsamen Bezeichnungen haben gleiche Bedeutung wie dort. Weiter bedeuten: 2^C die Wendepolwicklung der Hintermaschine, 11 den Stromtransformator, der den Rotorstrom auf den den Windungszahlen der Sekundärwicklung des Transformators 7 und der Wicklungen 2^a und 2* entsprechenden Wert umsetzt, 12 einen Schalter zum Abschalten der Primärwicklung des Transformators 7. Da der von der Sekundärwicklung des Transformators 7 zur Wicklung 2* fließende Strom durch die Erregermaschine festgelegt ist, kann bei geeigneter Bemessung des Transformators 11 durch Überlagerung eines dem Rotorstrom des Hauptmotors proportionalen Stromes der in der Sekundärwicklung des Transformators selbst fließende Gesamtstrom der resultierenden Amperewindung der' Hintermaschine proportional gemacht werden. Bei Vernachlässigung des Magnetisierungsstromes des Transformators 7 fließt also auch in seiner Primärwicklung und somit auch in der Wendepolwicklung 2,° der Hintermaschine ein der resultierenden Amperewindung der Hintermaschine proportionaler Strom. Durch Öffnen des Schalters 12 kann in der Nähe des Synchronismus die Wendepolerregung unterbrachen und der Transformator 7 wirkungslos gemacht werden. Zweckmäßig wird dabei gleichzeitig entweder seine Primär- oder seine Sekundärwicklung kurzgeschlossen. Die Betätigung der Schalter 8 und 12 kann selbsttätig erfolgen, z. B. durch einen Asynchron- ■ motor, der an die Schleifringe des Hauptmotors angeschlossen wird, so daß sein Drehmoment mit dem Vorzeichen der Schlüpfung des Hauptmotors seine Richtung ändert. Soll die Betätigung der Schalter erst oberhalb einer bestimmten Schlüpfung erfolgen, so darf das Drehmoment des Motors erst bei dieser Schlüpfung den zur Betätigung des Schalters erforderlichen Wert erreichen.

Besitzt die Hintermaschine keine Kompoundwicklung, so kann zur Wendepolerregung auch der in der Wicklung 2⁶ fließende oder ein ihm proportionaler Strom, z. B. der Kommutatorstrom des Frequenzwandlers (s. Abb. 1), verwendet werden. Es ist aber auch wieder durch geeignete Maßnahmen dafür zu sorgen, daß der Wendepolerregerstrom unter- und übersynchron richtige Phasenlage hat.

Claims

Patentansprüche:

1. Über Ohmsche Widerstände oder Ohmsche und induktive Widerstände fremderregte Drehstrom-Erregermaschine zur alleinigen Erregung einer Erregerwicklung einer mit dem Induktionsvordermotor in Kaskade geschalteten Kommutatorhintermaschine, die noch weitere von der genannten magnetisch unabhängige Erregerwicklungen besitzen kann, nach Patent 476 719, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem Teil des Regelbereichs in Reihe zur Ankerspannung der Erregermaschine eine der Schlupf frequenz des Induktionsvordermotors wenigstens angenähert proportionale Zusatzspannung geschaltet wird.

2. Erregermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzspannung die gegebenenfalls über einen Transformator konstanten oder veränderlichen Übersetzungsverhältnisses umgesetzte Schleifringspannung des Induktionsvordermotors dient.

3. Erregermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ober- und Unterspannungswicklung des die Schleifringspannung umsetzenden Transformators bei übersynchronem Lauf des Induktionsvordermotors mit einem gegenüber

dem untersynchronen Lauf entgegengesetzten Wickelsinn eingeschaltet ist.

4. Erregermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzspannung die Sekundärspannung einer mit dem Induktionsvordermotor starr gekuppelten, primär von der Netzspannung erregten Induktionsmaschine dient.

5. Erregermaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die notwendigen Umschaltungen beim Durchgang durch Synchronismus an der mit dem Induktionsvordermotor starr gekuppelten Induktionsmaschine selbst vorgenommen werden,

6. Erregermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls durch einen Transformator umgesetzte Schleifringspannung des Induktionsvordermotors und die Sekundärspannung einer mit dem Induktionsvordermotor starr gekuppelten Induktionsmaschine in Reihe zur Erregerspannung der Hintermaschine und zur Ankerspannung der Erregermaschine geschaltet sind.

7. Erregermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrom des die Schleifringspannung des Induktionsvordermotors umsetzenden Transformators über die Wendepole der Kornmutatorhintermaschine geführt ist.

8. Erregermaschine nach Anspruch 2, zur Speisung einer Kommutatorhintermaschine mit Verbunderregung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sekundärwicklung des Transformators oder in einer auf dem Transformator angebrachten besonderen Tertiärwicklung ein dem Ankerstrom des Induktionsvordermotors proportionaler Strom fließt. ·

9. Erregermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermaschine zusätzlich durch den Ankerstrom des Induktionsvordermotors erregt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen