DE574574C

DE574574C - Verfahren zur Leistungsregelung von Asynchronmaschinen durch zu ihnen in Kaskade geschaltete Drehstromkommutatormaschinen

Info

Publication number: DE574574C
Application number: DE1930574574D
Authority: DE
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1930-12-05
Filing date: 1930-12-05
Publication date: 1933-04-18

Description

Bei Kommutatorkaskaden bestimmt das Gesetz der in der Kommutatorhintermaschine erzeugten Rotationsspannung E₂ das Verhalten der asynchronen Vordermaschine gemäß folgender Beziehung:

E₂ +E₂₀S =

{r₁₂ — Jx₁₂J s]

Dabei bedeutet JJ₂₀ die Läuferspannung der asynchronen Vordermaschine bei Stillstand und geöffnetem Lauferkreis, J₂ den sekundären Hauptstrom, r₂ den Ohmschen Widerstand des Sekundärkreises einschließlich des Widerstandes r_a der Hintermaschine,

X-2

»IS

den auf ' den Sekundärkreis reduzierten Primärwiderstand T₁ der Vordermaschine, X₁₂^ = x.₂t die totale Streurealetanz der Vordermaschine, bezogen auf den Sekundärkreis, einschließlich der Reaktanz x_a des Arbeitsstromkreises der Hintermaschine, X₂ die totale Reaktanz des Sekundärkreises bei geöffnetem Primärkreis (Leerlaufreaktariz), bezogen auf die primäre Periodenzahl, Jf₁ die analog definierte Leerlaufreaktanz des Primärkreises, σ den Blondelschen Koeffizienten der Gesamtstreuung zwischen Primär- und Sekundärkreis der Vordermaschine, Z₁₂ = r₁₂-—/-^12,- den der Schlüpfung proportionalen Teil der Impedanz des Sekundärkreises.

Will man die Leistungsaufnahme oder -abgäbe (also auch den Läuferstrom J₂) der Vordermaschine beliebig einstellbar machen, so kann man nach S e i ζ die Hintermaschine zwei Rotationsspannungen erzeugen lassen, nämlich die Rotationsspannung

V_s = —[E₂₀-J₂Z₁₂)S, (2)

die alle dem Schlupf J proportionalen Spannungen im Sekundärkreis der Vordermaschine aufhebt, und außerdem eine Regelspannung V_T, die auf den nun allein unkompensierten Ohmschen Spannungsabfall des Sekundärkreises arbeitet und dadurch einen Strom

erzwingt. Man geht dabei so vor, daß man mit der Spannung

ν = V_s + V₁.

(3)

das Feld einer Hilfserregermaschine HE (Abb. 1) speist, die so konstruiert ist, daß sie das Gesetz ihrer Erregerspannung auf das Nebenschlußfeld m und damit auf die Rotationsspannung der Hauptkommutatormaschine

überträgt. Sie ist zu diesem Zweck z. B. nach Abb. 107 des Buches von Dreyfus, »Kommutatorkaskaden und Phasenschieber«, Berlin 1931, ausgeführt.

5 Wie Gleichung (2) zeigt, muß die Erregerspannung der Hilfserregermaschine unter anderem die Komponente J₂ i_r, j enthalten, die auch den induktiven Spannungsabfall jJ₂x_as der Hintermaschine einschließt. Man hat diese Spannung bisher aus dem Hauptstrom mittels Stromwandler abgeleitet, sei es, daß man wie in Abb. 1 der Zeichnung die Schlupf Spannung E₂₉ s des Hauptfeldes in einer mit der Vordermaschine synchron laufenden asynchronen Hilfsmaschine AH erzeugte und in den Primär- oder Sekundärkreis die in Abb. 1 gestrichelten Stromwandler für die volle Impedanzspannung J₂ S₁₂ s einbaute, sei es, daß man gemäß Abb. 2 V_s aus der Schleifringspannung der Vordermaschine ableitete und nur die darin noch nicht enthaltenen induktiven Spannungsabfälle des Läuferkreises mit Hilfe eines vom Sekundärstrom erregten Stromwandlers dem Feld der Hilfserregermaschine aufdrückte.

Es ist nun aber aus mehreren Gründen vorteilhaft, einen möglichst großen Teil der Spannungen des Sekundärkreises nicht in der eben erwähnten Weise zu kompensieren. Je größer nämlich die Impedanz ist, auf die die Rotationsspannung der Hintermaschine arbeitet, desto größer muß die Regelspannung V₁. gemacht werden und desto weniger fallen daher die Fehler ins Gewicht, die man bei der Kompensierung der übrigen Läuferspannungen erfahrungsgemäß nicht vermeiden kann. Die Regelung wird also genauer, wenn man einen möglichst großen Teil der Streuspannung nicht durch eine dem Hauptstrom unmittelbar proportionale Spannung kompensiert.

Außerdem wird die Regelung aber auch stabiler. Denn es ist immer gefährlich, eine Regelspannung gerade aus derjenigen Größe — in diesem Falle dem Hauptstrom — abzuleiten, die man regeln soll. Liegen dabei wie in diesem Falle zwischen der Regelspannung ν und der zu regelnden Vordermaschine eine Reihe anderer Maschinen, so läuft man Gefahr, daß durch die magnetische Trägheit der dazwischenliegenden Kreise Strompendelungen entstehen.

Mit Rücksicht auf diese Erwägungen wird im folgenden ein Verfahren entwickelt, das die induktiven Spannungen nicht durch aus dem Strom hergeleitete Spannungen kompensiert, statt dessen aber eine mit der Netzfrequenz erzeugte Regelspannung Fr₁ ohne Zuhilfenahme des Hauptstromes so in die Regelspannung V_r der Schlupf frequenz umformt, daß trotzdem Proportionalität und Phasenfolge zwischen Läuferstrom J₂ und Regelspannung V_n erreicht wird. Dieses Verfahren bildet die Erfindung und wird durch die Schaltungsschemen der Abb. 1 und 2 erläutert. 6g

In Abb. ι bedeutet AV die synchrone Vordermaschine, SH die ständererregte Hintermaschine und B deren Belastungs- oder Antriebsmaschine. Die Vordermaschine ist mit der asynchronen Hilfsmaschine AH und dem PeriodenumformerPU für relativen Synchronismus starr gekuppelt. Die Regelspannung V_n wird in einem Regeltransformator T_r, der auch ein Doppeldrehtransformator sein kann, erzeugt, der einerseits den Periodenumformer mit dieser Spannung V_n erregt, andererseits der asynchronen Hilfsmaschine eine proportionale, aber gegebenenfalls phasenverschobene Spannung V_n k aufdrückt. Wird nun diese Maschine außerdem vom Netz durch den Transformator T₀ mit der Spannung E₂₀ erregt, so erzeugt sie bei einem Übersetzungsverhältnis 1 : 1 und bei dem Schlupf s der Vordermaschine eine Sekundärspannung 8g — JS₂₀ ί + V_n k s.

Diese Spannung ergänzt die Kommutatorspannung Vr₁ des Periodenumformers zur Erregerspannung

v = —E₂₀S + V_n (1 + k s) (4)

der Erregermaschine HE.

Besitzt die Hintermaschine SH keine Hauptstromerregerwicklung, so erzeugt sie dieselbe Spannung E_% = ν als Rotationsspannung. Ist dagegen wie in Abb. 1 eine Reihenschlußerregung h vorgesehen, so wird

E₂ = V-J₂ 4 (5)

wobei — J₂ d₂ eine Wirkspannung, Blindspannung oder eine gemischte Spannung sein kann, je nachdem d₂ reell, imaginär oder komplex ist.

Führt man jetzt Gleichung (5) und (4) in Gleichung (1) ein, so ergibt sich eine Glei- , chung, die man wie folgt schreiben kann.

/ä — ~~

ks

r_a + d.₂

k =

d.₂

«12

d.₂

η + d,₂

(6)

(7)

(8)

Es ist also durch geeignete Wahl von k (d. h. bei richtiger Größe und gegenseitiger Phasen-

verschiebung der durch die Transformatoren T₁. und T₀ der Hilf maschine AH aufgedrückten Spannungen) tatsächlich möglich, Proportionalität und konstante Phasenver-Schiebung bzw. Phasengleichheit zwischen der Regelspannung V_ri und dem Sekundär strom J₂ zu erzielen. Die Einstellung wird erleichtert, wenn man die Hilfsmaschine nicht mit der • - · - c

ίο Spannung — E.,_o -J- V_n k, sondern —E._2O -γ-

-\- V_n c erregt und zwecks Einstellung richtiger Phase sowohl den einen Teil (Ständer oder Läufer) der Hilfsasynchronmaschine als

t5 auch des Periodenumformers (Bürstenverschiebung) verdrehbar macht.

Wenn man wie in Abb. 2 die Komponente zur Aufhebung der Schlupfspannung E₂₀ s des Hauptfeldes aus der Schleifringspannung E_sch der Hauptmaschine ableitet (sei es, daß man die Hauptwicklung oder, wie in Abb. 2 gestrichelt angedeutet, eine besonders eingelegte Hilfswicklung w benutzt), so kann man die asynchrone Hilfsmaschine AH und den Peri-

a5 odenumformer PU der Abb. ι zu einer einzigen Maschine SU verschmelzen. Man versieht dann den Ständer des Periodenumformers mit einer Mehrphasenwicklung sw, in der eine Spannung V_n k s gewünschter Größe

3" und Phase erzeugt wird, und ergänzt sie durch die Kommutatorspannung V_n zur Summenspannung

V_n (τ + 'k s).

Die Erregerspannung der Hilfserregermaschine HE wird dann

«== — E_sch + V_n (i i-'ks).

Fehlt nun in der Schleifringspannung der Spannungsabfall —J₂ (r' — jx's) zur vollen Rotations spannung E₂ (Gleichung 1) der Hintermaschine, so wird (vgl. Gleichung 5)

ν = E_%~ j,

oder

Mit

-JVs)H-F_n(I-J-As)

— ^Ά·1 -T J

, τ + ks

r' + I

k = —i-

wird

<^6a>

(7a)

(8 a)

womit abermals zwischen V_n und J₂ Proportionalität und Phasengleichheit erreicht wird.

Besitzt die Vordermaschine keine Hilfswicklung im Läufer, so ist

d. h. gleich der Impedanz des Arbeitsstromkreises der Hintermaschine. Die Einstellung des richtigen Größen- und Phasenverhältnisses der Ständer- und Kommutatorspannung des Periodenumformers wird erleichtert, wenn Ständer oder Läufer für sich verdrehbar angeordnet ist und der Kommutator in bekannter Weise mit zwei gegenläufig verschiebbaren Bürstensätze versehen wird, zwischen denen die Kommutatorspannung abgenommen wird.

In der beschriebenen Weise wird also eine Rotationsspannungskomponente der Hintermaschine hergestellt, die zwar sowohl dem Belastungsstrom wie dem Schlupfe proportional ist, so daß sie die durch den Hauptstrom im Primär- und Sekundärkreis verursachten Spannungsabfälle kompensiert, aber trotzdem nicht aus dem Hauptstrom selbst, sondern unabhängig von ihm hergeleitet wird, wodurch die anfangs geschilderte Gefahr von Pendelungen ganz vermieden wird. Es besteht natürlich kein Hindernis, diese Herleitung der erforderlichen Spannungskomponente mit der schon bekannten derart zu kombinieren, daß ein Teil in der einen, ein Teil in der anderen Weise hergeleitet wird, besonders wenn die Gefahr von Pendelungen aus irgendeinem Grunde gering ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung von mit Kommutatorhintermaschine in Kaskade geschalteten Asynchronmaschinen auf eine vom Schlupf ganz oder teilweise unabhängige Leistung bei annähernder Aufhebung der Schlupfspannung durch eine in der Hintermaschine erzeugte, ihr proportionale Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Hauptstrom in den Impedanzen des Primär- und Sekundärkreises verursachten Spannungsabfälle nicht oder teilweise durch vom Belastungsstrom abhängige Gegenspannungen aufgehoben werden, während die übrigbleibenden, dem Hauptstrom proportionalen Spannungsabfälle durch Gegenspannungen aufgehoben werden, die den unkompensierten Impedanzen der erwähnten Kreise proportional vom Belastungsstrom selbst jedoch unabhängig sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schlupfspännung (£₂₀ s) der Vordermaschine mit Hilfe einer mit der Vordermaschine synchron laufenden Hilfsasynchronmaschine ganz oder teilweise aufgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß

dieser Hilfsasynchronmaschine durch einen Regeltransformator noch eine den unkompensierten Impedanzen des Hauptstromkreises nach Größe und Phase proportionale Spannung von Netzfrequenz aufgedrückt wird.

3. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor der Hilfsasynchronmaschine relativ zum Rotor der Vordermaschine oder der Stator der ersteren Maschine drehbar angeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zur Aufhebung der Schlupfspannung der Vordermaschine erforderliche Erregerspannungskomponente der Hilfsasynchronmaschine (E₂₀s) dem Läufer der Vordermaschine entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Komponente der Erregerspannung (Regelspannung) in einem mit Ständerwicklung versehenen Periodenumformer erzeugt wird, wobei die Windungszahl der Kommutatorwicklung des Periodenumformers dem von dem Schlupf unabhängigen Teil der unkompensierten Sekundärimpedanz, die Ständerwindungszahl dagegen dem dem Schlupf proportionalen Teil jener Impedanz (bezogen auf Netzfrequenz) proportional ist.

5. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Periodenumformers relativ zum Retor der Vordermaschine oder der Stator des Umformers drehbar ist.

6. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Periodenumformer mit einem drehbaren Bürstensatz oder zwei gemeinsam und gegeneinander drehbaren Bürstensätzen versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen