DE574573C - Kaskadenschaltung einer asynchronen Vordermaschine mit einer Drehstromkommutator-hintermaschine zur Netzkupplung - Google Patents

Description

Bei Netzkupplungsaggregaten wird gewöhnlich verlangt, daß ein Netz I mit Hilfe eines Motor-Generatorsatzes eine ungefähr konstante, einstellbare Leistung auf ein anderes Netz II überträgt. Wenn aber z. B. Netz I ein Drehstromüberlandnetz, Netz II dagegen ein Bahnnetz mit stark schwankender Belastung ist, so kann es vorkommen, daß zu gewissen Zeiten Netz II keinen Bedarf für Leistungszufuhr hat.

ίο Erfolgt diese trotzdem, so wird die Periodenzahl in Netz II in die Höhe getrieben. Andererseits kann es auch Fälle geben, wo Netz I nicht stark genug ist, um unter allen Umständen die erforderliche Leistung an Netz II zu liefern. Wenn dann Netz 1 durch das Netzkupplungsaggregat trotzdem zur Leistungsabgabe gezwungen wird, so sinkt seine Periodenzahl. Mit Rücksicht auf derartige unerwünschte Leistungsübertragungen macht man häufig die Einschränkung.daß dievolleLeistungnursolange von Netz I auf Netz II übergehen soll, als die Frequenzerhöhung in Netz II bzw. die Frequenzsenkung in Netz 1 eine gewisse Grenze nicht überschreitet. Wird dagegen diese Grenze überschritten, so soll mehr oder weniger plötzlich die Richtung der Energieübertragung umgekehrt werden.

Die Frequenz des ersten Netzes sei beispielsweise

V₁=(X— S₁) · V₁ mittel,

die des zweiten Netzes

V₂= (l — S₂) · Vamittel.

Beide Netze seien durch einen Maschinensatz, bestehend aus einer Asynchronmaschine an Netz ι und einem Synchrongenerator an Netz II, gekuppelt. Dann bestimmt Netz II vermittels des Synchrongenerators die Drehzahl des Maschinensatzes. Ferner seien die Polzahlen beider Maschinen so gewählt, daß für S₁ = 0 und S₂ = ο auch die Schlüpfung s der Asynchronmaschine gegen ihr Drehfeld verschwindet. Dann gilt

i-r ο \ f-r ο Ν ο ο

s = ■

T-S₁

1-S₁

Die oben gestellte Aufgabe läßt sich also auch so ausdrücken, daß bis zu einem bestimmten positiven Schlupfs' und negativen Schlupf—s" der Asynchronmaschine eine ungefähr konstante Leistung von Netz I auf Netz II überführt werden soll. Wenn aber der Schlupf s die Grenze —s" überschreitet, soll die Leistungszufuhr nach Netz II abnehmen und bei einem bestimmten (negativen) Grenzwert s₀ ihre Richtung ändern. Ein derartiges Gesetz der Leistungsübertragung kann man durch den gebrochenen Linienzug der Abb. 1 der Zeichnung und gewöhnlich mit genügender Genauigkeit auch durch die eingezeichnete Interpolationskurve darstellen.

Eine Aufgabe ähnlicher Art liegt beim Antrieb von Ilgnerumformern oder mit Schwungrädern gekuppelten Walzenstraßen vor. Hier wird von der asynchronen Antriebsmaschine zwischen zwei Grenzdrehzahlen n' und' n" ein angenähert konstantes Moment gefordert. Bei Drehzahlen über n" soll das Moment stark sinken, und die Überschreitung einer Höchst-

drehzahl % soll durch, kräftige Generatorbremsung unmöglich, gemacht werden. Auch hier kann also ein Leistungsverlauf gemäß Abb. ι nur mit schrofferem Übergang vom Motor- zum Generatorzustand benutzt werden.

Bekanntlich kann man derartige Aufgaben in der Weise lösen, daß man eine Asynchronmaschine (Vordermaschine) durch eine in den Sekundärkreis eingeschaltete Drehstromkommutatormaschine (Hintermaschine) regelt (Abb. 2). Man läßt dabei die Kommutatormaschine mindestens zwei Spannungen erzeugen, nämlich:

1. eine hauptsächlich dem Schlupf proportionale Rotationsspannung V_s, die alle dem Schlupf proportionalen Spannungskomponenten im Sekundärkreis gerade aufhebt, und

2. eine Regelspannung V_n die auf den unkompensierten Ohmschen Spannungsabfall des Sekundärkreises oder, falls auch dieser größtenteils durch F, kompensiert wird, auf eine gleichwertige Gegenspannung arbeitet und dadurch einen Läuferstrom proportional und phasengleich zu V_r erzwingt. Abb. 2 zeigt, wie man gegebenenfalls V_s und F,- zuerst in Hilfsmaschinen erzeugen kann und dann auf dem Umwege über eine besondere Erregermaschine den Feldstrom der Hintermaschine diesen Spannungen proportional macht. Verändert man dabei V_r als Funktion des Schlupfes der Vordermaschine z. B. nach dem Linienzug der Abb. 1, so kann man grundsätzlich jedes Gesetz der Leistungsübertragung verwirklichen. Nur sind dazu bei Netzkupplungsaggregaten komplizierte Reguliermechanismen erforderlich. Es läßt sich nun nachweisen, daß man eine Leistungsübertragung gemäß der Interpolationskurve der Abb. 1 auch durch eine konstante Regelspannung F_r erreichen kann. Allerdings ist dies nicht in der Weise möglich, daß man Spannungen und Spannungsabfälle durch entgegengesetzt gerichtete Rotationsspannungen kompensiert. Es bedarf dazu vielmehr eines neuen Regulierprinzips, das mit phasenverschobenen Gegenspannungen der Hintermaschine arbeitet. Die mathematische Behandlung dieses Regulierprinzips ist in der Wiener Zeitschrift »Elektrotechnik und Maschinenbau«, Heft 11, 1931, von Dr. L. Dreyfus vorgenommen.

Es sei hier nur angeführt, daß aus der genannten mathematischen Behandlung hervorgeht, daß im Sekundärkreis der Hauptmaschine zwei dem Hauptstrom proportionale Spannungsabfälle unkompensiert bleiben sollen, deren einer vom Schlupf unabhängig und der andere dem Schlupf proportional ist, und daß diese beiden Spannungsabfälle entweder nahezu gleiche oder 'einander nahezu entgegengesetzte Phase haben sollen. Die genannten Spannungsabfälle können mit —<7₂&₂r₂und—jJi₁₂Z₁₂S bezeichnet werden, wobei k₂ und Zf₁₂ allgemein komplexe Zahlen, r₂ den Sekundärwiderstand und Z₁₂ die auf den Sekundärkreis bezogene Gesamtimpedanz der Hauptmaschine bezeichnen. Im allgemeinen bedeuten im folgenden die Größen Ic mit verschiedenem Indizes komplexe Zahlen. . Regulierprobleme, wie das im vorletzten Ab- schnitt beschriebene, lassen sich durch ein Vektordiagramm des Sekundärstromes J₂ gemäß Abb. 3 ausdrucken. In ihm beschreibt der Stromvektor J₂ eine Gerade parallel zum Vektor E₂₀ der . Sekundärspannung bei geöffnetem Sekundärkreis. Es ist also noch die besondere Annahme gemacht, daß bei allen Belastungen der Läuferblindstrom, voreilend bleiben und einen konstanten Wert J₂₀ besitzen soll.

Auf diese Weise lassen sich z. B. die Regulierkurven nach Abb. 4 erhalten. Bei einem normalen Arbeitsbereich von s' = 0,2 bis s" = — (0,1 bis 0,15) entsprechen sie gut den Bedingungen, die an die Charakteristiken von Netzkupplungsaggregaten oder Ilgnerumf ormern gestellt werden können.

Zur praktischen Verwirklichung des neuen Regelprinzips können die meisten nach dem obenerwähnten älteren Prinzip arbeitenden Kaskadenschaltungen dienen, wenn hur Größe und Phase der Rotationsspannungen V₁ und F₇- der Hintermaschine entsprechend den oben gefundenen Gesetzen eingestellt werden.

Als einfachstes Beispiel zeigt Abb. 5 eine Prinzipschaltung für eine ständererregte Hintermaschine, bei der der Aufbau der Sekundärspannung E₂ aus den einzelnen Komponenten besonders klar zutage tritt. In Abb. 5 läuft die asynchrone Hilfsmaschine AH synchron mit der asynchronen Vordermaschine AV und liefert die unvollständige Hauptfeldspannung —E₂₀ (χ —A₂₀) · s. Der Serientransformator (mit Luftspalt) T₂ erzeugt die Impedanzspannung J₂ (1 —· Zc₁₂) Z₁₂ · s. Die einstellbare Regelspannung V,- wird wie gewöhnlich in einem Regeltransformator oder Doppeldrehtransformator T₁-mit der Netzfrequenz erzeugt und durch einen gegewöhnlichen Periodenumformer auf die Schlupffrequenz übertragen. Mit der Summe ν dieser drei Spannungen wird das Feld einer Hilfserregermaschine HE gespeist, die das Gesetz ihrer Erregerspannung 0 auf ihren Hauptstrom J_1n, d. i. auf das Nebenschlußfeld m der Hintermaschine SH, überträgt. Sie ist zu diesem Zweck z. B. nach der Abb. 107 des Buches »Kommutatorkaskaden und Phasenschieber« von L. Dreyfus, Berlin 1931, ausgeführt. Diese Hilfserregermaschine besitzt außerdem eine vom Hauptstrom J₂ erregte Feldwicklung h, mit der sie die Rotationsspannung J₂-(I — Zc₂) · r₂ erzeugt. Je nach der Phase von Zf₂ kann dies eine Kompoundierungsspannung, eine Kompensations-

spannung (Blindspannung) oder auch eine Kombination von beiden sein. Für Ic₂ = ι verschwindet diese Spannung ganz. Da nun die Phase von Jc₂ beliebig gewählt werden kann, so kann innerhalb entsprechender Grenzen auch über die Phase der übrigen Spannungen frei verfügt werden.

Natürlich kann dieses Prinzip auf mannigfache Weise so variiert werden, daß die Aufteilung der Spannung F^über verschiedene Hilfsmaschinen und Hilfsapparate in anderer'Weise erfolgt. So kommt z. B. in Abb. 6 die asynchrone Hilfsmaschine AH nicht vor. Statt dessen erzeugt der mit einer Spannungserzeugenden Ständerwicklung versehene Periodenumformer in der Kommutatorwicklung die Regelspannung Vr (Vr = J₂? · 7'2 · r₂), ^m der Ständerwicklung die Komponente V_s (V_s = E_%0 · Jc₂₀ · s). Da beide Spannungen/c₂ proportional sind, ist ihre Erzeugung in ein und derselben Maschine tatsächlich möglich. Die Schleifringspannung E_scj_t derVordermaschine liefert die Komponenten —-ZJ₂₀ · s + Jz Wi. — ία) + z_us+ Wc, · s], der Serientransformator T₂ das Korrektionsglied —jJ₂ x^s, und so hat die Hauptstromerregerwicklung der Hintermaschine nur noch eine Rotationsspannung J₂ \r_a — Jc₂r₂] zu erzeugen. r_a und x_a sind der Widerstand und die Reaktanz de& Arbeitsstromkreises der Kommutatorhintermaschine ausschließlich des Läufers der Vordermaschine'.

Zur Regelung der Phase der Rotationsspannungen V_s und Vr kann natürlich jede beliebige Anordnung zur Verwendung kommen, z. B. Drehtransformatoren, drehbare Ständer oder Bürstensätze der Frequenzwandler usw.

Claims (2)

Patentansprüche: ho

1. Kaskadenschaltung einer asynchronen Vordermaschine mit einer Drehstrom-Kommutatorhintermaschine zum Zwecke der Leistungsregelung," dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsspannung der Hintermaschine eine oder mehrere Spannungskomponenten enthält, die den dem Schlupf proportionalen Spannungskomponenten der Spannungsabfälle im Sekundärkreis der Hauptmaschine zwar in an sich bekannter Weise proportional, aber gleichzeitig dazu phasenverschoben sind.

2. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis der Vordermaschine zwei dem Hauptstrom proportionale Spannungskomponenten der Spannungsabfälle unkondensiert bleiben, von denen der eine (—J₂ Ic₂ r_z) von dem Schlupfsunabhängig, derandere (—J₂Ic₁₂Z₁₂S) dem Schlupf proportional ist, und daß diese Spannungskomponenten entweder nahezu gleiche oder einander nahezu entgegengesetzte Phase besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen