DE566464C - Verfahren zur Vermeidung der Selbsterregung von mindestens zeitweise kapazitiv belasteten Asynchronmaschinen mit Kommutatorhintermaschine - Google Patents

Description

Arbeitet ein Synchron- oder Asynchrongenerator auf eine kapazitive Belastung, so besteht bekanntlich die Gefahr der Selbsterregung, wenn die durch den kapazitiven Belastungsstrom erzeugte Durchflutung, welche der Maschinenspannung proportional ist und gleiche Richtung wie die zur Erregung des Feldes erforderliche Durchflutung hat, gleich groß oder gar größer als diese erforderliche Durchflutung ist. Durch Schwächung der Läufererfegung oder durch Gegenerregung kann die Größe der resultierenden Durchflutung auf ein Maß gebracht werden, bei welchem Selbsterregung nicht mehr auftritt. Bei Synchronmaschinen ist aber ein Betrieb mit Gegenerregung, bei welchem der Erregungsanteil der Polraddurchflutung der resultierenden Durchflutung der Maschine entgegengerichtet ist, meist nicht möglich, weil dabei die Gefahr besteht, daß das Polrad um iSo° schlüpft, so daß seine Durchflutung nicht mehr entmagnetisierend, sondern magnetisierend wirkt. Bei der kompensierten Asynchronmaschine, deren Sekundärwicklung vom Netz über einen Frequenzwandler erregt wird, ist dagegen ein stabiler Betrieb mit Gegenerregung durchführbar, \veil, unabhängig von der räumlichen Lage des Läufers, der Phasenverschiebungswinkel zwischen der von der Netzspannung erregten Durchflutungskomponente im Läufer und der resultierenden erregenden Durchflutung an- ! nähernd konstant ist. Aber auch hier ist bei kapazitiver Belastung, wenn die Netzspannung nicht durch parallel arbeitende Maschinen konstant gehalten wird, stabiler Betrieb mit Gegenerregung nur möglich, wenn der magnetische Kreis der Asynchronmaschine (oder auch ihrer den Läuferkreis speisenden Hintermaschine) gesättigt ist, da andernfalls die resultierende Durchflutung der Asynchronmaschine nicht nur bei einem bestimmten, sondern bei jedem dem ungesättigten Gebiet entsprechenden Spannungswert der Asynchronmaschine den verlangten Wert hat. Ein Betrieb mit stark reduzierter Spannung, der manchmal verlangt ist, ist dabei im allgemeinen nicht möglich. Wird zur Vermeidung dieser Schwierigkeit der Läufer der Asynchronmaschine nicht vom Netz aus, sondern von einer getrennten Spannungsquelle erregt, so ist bei induktiver Belastung wohl stabile Einstellung für jeden Wert der Netzspannung möglich, bei starker kapazitiver Belastung aber besteht wieder die Gefahr der Selbsterregung. Betrieb mit Gegenerregung ist in diesem Falle, da die Phasenlage der Durchflutung des Läufers nicht mehr von der Phasenlage der Netzspannung abhängt, nicht möglich.

Stabiler Betrieb bei beliebigem, von der Maschine selbst bestimmtem Wert der Netzspannung kann aber dadurch ermöglicht werden, daß die Sekundärwicklung der Asyn- ^: chronmaschine mit einer von der Netzspan-

' nung unabhängigen und einer der Netzspan-■ nung wenigstens angenähert proportionalen ^; Durchflutungskomponente erregt wird.

Zur Ausführung des Erfindungsgedankens der besonders bei Asynchrongeneratoren und asynchronen Blindleistungsmaschinen, die auf eine kapazitive Belastung arbeiten, zur Ver-• meidung von Selbsterregung zur Anwendung Trommt, ist es erforderlich, daß die 3er Netzia spannung proportionale Komponente der Läuferdurchflutung infolge entsprechender Schaltung der kapazitiven Komponente der Ständerdurchflutung entgegengerichtet und infolge geeigneter Bemessung so groß ist, daß ig · bei ungesättigter Maschine die aus beiden resultierende Durchflutung kleiner als die bei gleicher Netzspannung erforderliche erregende Durchflutung der Maschine oder ihr entgegengesetzt gerichtet ist.

ao~ Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. ι. ι ist das zu speisende Netz, 2 die Asynchronmaschine, 3 die Kommutatorhintermaschine mit der Kompensationswicklung 4; die Erregerwicklung 5 der Hintermaschine wird von der Kommutatorspannung des Frequenzwandlers 6 gespeist. Besonders bei kleinem Läuferwiderstand der Asynchronmaschine kann es vorteilhaft sein, die Hintermaschine noch mit einer in Fig. 1 nicht gezeichneten, vom Ankerstrom durchflossenen Reihenschlußerregerwicklung auszustatten, die eine dem Läuferstrom proportionale und entgegengerichtete Spannungskomponente im Läuferkreis der Asynchronmaschine induziert. Den Schleifringen des Frequenzwandlers 6 wird in Parallelschaltung sowohl vom .Netz 1 über den Transformator 7 und den Widerstand 8_a oder 8_b und vom Hilfsnetz 9 aus über den Widerstand 10 je ein Strom zugeführt. Die resultierende, von der Erregerwicklung 5 im Anker der Hintermaschine 3 induzierte Spannung und der von ihr erregte Läuferstrom des Hauptmotors sind der geometrischen Summe der Ströme der Widerstände 8 und 10 proportional.

Der Transformator 7 ist sekundär mit Sechsphasensternschaltung ausgeführt. Jeder der beiden Sterne ist über je einen Regelwiderstand 8_a bzw. 8_b, die beide von einem gemeinsamen Stufenschalter gesteuert werden, an die Schleifringe des Frequenz wandler s angeschlossen. Liegt der Stufenschalter auf einer Anzapfung des Widerstandes 8_a, so hat der den Schleifringen des Frequenzwandlers zugeführte Strom entgegengesetzte Richtung, als wenn der Stufenschalter auf einer Anzapfung des Widerstandes 8_ft liegt. Durch Regelung des Widerstandes-8_ß bzw. S₆ wird die Größe, durch Übergang des Stufenschalters vom Widerstand 8„ auf S₆ die Richtung der der Netzspannung proportionalen Durchflutungskomponente im Läufer der Hauptmaschine geregelt. Die Bürsten des Frequenzwandlers sind beispielsweise so eingestellt, daß die dem Widerstand 8_a entsprechende Durchflutungskomponente des Läufers der Asynchronmaschine der resultierenden erregenden Durchflutung der Maschine gleichgerichtet, die dem Widerstand S₆ entsprechende Durchflutung aber der resultierenden Durchflutung entgegengerichtet ist. Die Stromquelle 9 führt den Schleifringen des Frequenzwandlers eine von der Netzspannung unabhängige, durch den Regelwiderstand 10 regelbare Stromkomponente zu, welcher eine ebenfalls von der Netzspannung unabhängige, durch äußeren Eingriff regelbare Durchflutungskomponente. im Läufer des Hauptmotors entspricht. Die Frequenz der Spannung an den Sammelschienen 1 und damit auch die Frequenz des über den Transformator 7 zugeführten Stromes ist stets gleich der Frequenz der Hilfsspannung 9. Die Phasenlage zwischen beiden Spannungen wechselt nur wenig mit der Belastung und der Schlüpfung der Asynchronmaschine.

In Fig. 2 sind als Abszisse die den Induktionsfluß erregenden Durchflutungen der Ständer- und Läuferwicklung der Asynchronmaschine, in der Ordinate deren" Ständerspannung aufgetragen. Die das Drehmoment bewirkende, um 90 ° gegenüber der erregenden Durchflutung verschobene Durchflutungskomponente ist nicht berücksichtigt. Kurve a gibt die in der Ständerwicklung der Asynchronmaschine induzierte EMK in Abhängigkeit von der resultierenden erregenden Durchflutung. Da die Streuspannung, des Ständers vernachlässigt wird, ist diese EMK identisch mit der Spannung an den Sammelschienen 1 (Fig. 1). Dieser Spannung ist bei konstantem Widerstand des Netzes dessen Strom,, also auch die magnetisierende oder entmagnetisierende Rückwirkung des Ständerstromes proportional. Bei kapazitiver Belastung sei die magnetisierende Durchflutung des Ständerstromes bei der Spannung OA = AB. Bei wechselnder Spannung wandert Punkt B auf der Geraden b. Die über den Transformator 7 und den Widerstand S₆ (Fig. 1) erregte Durchflutungskomponente, die entmagnetisierend wirkt, sei bei der Spannung OA = AC, bei wechselnder Spannung wandert C auf der Geraden c. Die resultierende, von der Netzspannung abhängige Durchflutung der Asynchronmaschine ist also bei der Spannung OA durch AB — AC-ADy^ bei wechselnder Spannung durch die Gerade d festgelegt. In Fig. 2 sind die Durchflutungen AB und AC so groß angeordnet, daß die Gerade d gegenüber der Ordinate im gleichen Sinn gedreht st wie der geradlinige Teil der Magnetisie-

rungskurve α, aber steiler als diese verläuft. Da Selbsterregung nur möglich ist. wenn bei irgendeiner Spannung die resultierende, durch die Netzspannung erregte Durchflutung gleich oder größer als die erforderliche erregende Durchflutung ist, ist unter den gemachten Annahmen Selbsterregung unmöglich. Zur Einstellung der Spannung OA muß nun ferner im Läufer der Asynchronmaschine durch die ίο Stromquelle g (Fig. i) die Durchflutungskomponente OE = DF erregt werden, so daß die resultierende Durchflutung in Abhängigkeit von der Netzspannung durch die der Geraden d parallele Gerade Cf₁ dargestellt ist. Je größer die entmagnetisierende Durchflutung AC (durch Verkleinerung des Widerstandes 8_ft, Fig. i) eingestellt wird, desto größer muß für gleiche Netzspannung die Durchflutung OE des Erregerkreises 9 und 10 ein-

ao gestellt werden, unter desto größerem Winkel schneiden sich aber die Gerade (I₁ und die Kurve a, desto stabiler ist also die Spannung der Asynchronmaschine festgelegt. Die Regelung der Netzspannung kann entweder ausschließlich durch Regelung im Stromkreis 9 und 10 oder durch Regelung im Stromkreis 7 und S oder auch durch gleichzeitige Regelung in beiden Stromkreisen erfolgen. Doch darf dabei, wenn Selbsterregung vermieden werden soll, die Durchflutung AC nie so klein eingestellt werden, daß die Gerade d mit einem Teil der Kurven zusammenfällt oder diese schneidet. Zweckmäßig werden bei der Regelung die Widerstände 8 und 10 nur so weit geregelt, daß sie stets das Mehrfache des mit der Schlüpfung der Asynchronmaschine wechselnden Scheinwiderstandes der Wicklung 5 betragen.

Die Schaltung nach Fig. 1 ist nur als Ausführungsbeispiel zu betrachten. Der Eriindungsgedanke ist auch anwendbar, wenn die Netzspannung und die Stromquelle 9 die Schleifringe des Frequenzwandlers 6 in Reihenschaltung speisen. Die Frequenz der Netzspannung ist dabei wieder identisch gleich der Frequenz der Stromquelle 9, die Phasenlage beider Spannungen wechselt aber wieder mit der Schlüpfung und der Belastung der Asynchronmaschine. An Stelle der Regelung durch Widerstände in den Erregerkreisen kann auch eine Regelung durch angezapften Transformator, Induktionsregler oder besondere Er- - regermaschine treten. Statt die Maschine 3

^, durch einen Frequenzwandler zu erregen,

5{( kann schließlich an Stelle der Maschine 3 eine _) läufergespeiste Kommutatorhintermaschine / verwendet werden, deren Schleifringe ent^xi sprechend gespeist werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι. Verfahren zur Vermeidung der Selbsterregung von mindestens'TeTfweise "kapazitiv belasteten Asynchronmaschinen mit Kommutatorhintermaschine (insbesondere " von Asynchrongeneratoren und Asynchronblindleistungsmaschinen), deren Erregerleistung teilweise von einem xgm^ Hatiptnetz. unabhängigenrfrequenzgleichen HiTf snetz" geliefert "wird, "dadurch gekennzeichnet, daß ihre Sekundärwicklung mit einer von der Netzspannung unabhängigen, willkürlich regelbaren und einer der Netzspannung wenigstens angenähert proportionalen Durchflutungskomponente erregt wird und daß bei kapazitiver Belastung die der Netzspannung proportionale Durchflutungskomponente der kapazitiven Komponente der Ständerdurchflutung entgegengerichtet und so groß ist, daß bei ungesättigter Maschine die aus beiden letztgenannten Durchflutungs-"kömponenten resultierende Durchflutung kleiner als die bei gleicher Netzspannung erforderliche erregende Durchflutung der Maschine ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den genannten Durchflutungskomponenten resultierende Durchflutung der erforderlichen erregenden Durchflutung der Maschine entgegengerichtet ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Netzspannung unabhängige und die der Netzspannung proportionale Durchflutungskomponente im Läuferkreis der Asynchronmaschine mittels einer gemeinsamen Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine dadurch erzeugt wird, daß diese Erregerwicklung von den beiden den genannten Durchflutungskomponenten entsprechenden Strömen parallel durchflossen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Netzspannung unabhängige und die der Netzspannung proportionale Durchflutungskomponente im Läuferkreis der Asynchronmaschine durch Reihenschaltung entsprechender Spannungen im Läuferkreis der Asynchronmaschine, z. B. der in zwei getrennten Kommutatorhintermaschinen erzeugten Spannungen, oder durch Reihenschaltung entsprechender Spannungen im Erregerkreis der Kommutatorhintermaschine erregt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen