-
Regeleinrichtung für Netzkupplungsumformer, bestehend aus einer Synchronmaschine
' und einer Asynchronmaschine mit Kommutatorhintermäschine Zum Kuppeln von Wechselstromnetzen
verschiedener Frequenz werden vielfach Umformer verwendet, die aus einem Synchrongenerator
und einem asynchronen Antriebsmotor bestehen. Der Asynchronmotor erhält hierbei
eine Kommutatorhintermaschine, um eine Regelung seiner Drehzahl in bestimmten Grenzen
zu ermöglichen und unabhängig von den Frequenzschwankungen in den gekuppelten Netzen
die Übertragungsleistung konstant zu halten. Hierzu werden üblicherweise Leistungsrelais
verwendet, die in Abhängigkeit von der übertragenen Leistung die Drehzahlcharakteristik
der Asynchronmaschine solange verändern, bis die eingestellte Sollleistung des Umformers
erreicht ist. Soll die Übertragungsleistung nach gewissen Gesetzmäßigkeiten geändert
werden, so kann man der Asynchronmaschine eine den Betriebsbedürfnissen angepaßte
künstliche Charakteristik aufzwingen, die mit Hilfe von Drehstrom-Gleicbstrom-Einankerumformern,
die die Regelspannung verhältnisgleich mit dem Belastungsstrom der Asynchronmaschine
vergrößern, oder mittels Kompoundtransformatoren verändert werden kann, die an Stelle
der geradlinigen Charakteristik eine gekrümmte Charakteristik einstellen, so daß
der Umformer vorzugsweise entweder die Grundlast oder die Spitzenlast übernimmt.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, beim Betrieb des Umformers
mit konstanter Leistung Pendelungen der Regeleinrichtungen zu- vermeiden. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Drehzahlcharakteristik der Asynchronmaschine
in Abhängigkeit vom Belastungsstrom der Synchronmaschine geändert wird, so daß sich
ein Belastungsstoß durch die Zunahme des Ständerstromes der Synchronmäschine auf
die Drehzahlcharakteristik der Asynchronmaschine auswirkt. Bei allen bisher bekannten
Einrichtungen wird die Leistungsschwankung erst dann von den Regeleinrichtungen
erfaßt, wenn bereits die Asynchronmaschine zu einer erhöhten Leistungsabgabe herangezogen
wird und in ihrer Drehzahl etwas abfällt, da sie der Frequenz des von der Synchronmaschine
gespeisten Netzes folgen muß. Mit den im nachfolgenden beschriebenen Schaltungen
wird nun eine viel größere Empfindlichkeit der Regelung erreicht, da der Ständerstrom
der Synchronmaschine sich schon bei den kleinsten Leistungsschwankungen
ändert.
Die Asynchronmaschine hingegen besitzt ein viel weicheres Verhalten, weil bei Leistungsschwankungen
zunächst der Schlupf vergrößert wird, bevor sich der Belastungsstrom der Maschine
vergrößert.
-
In den Abbildungen sind als Ausführungsbeispiele der Erfindungen zwei
Schaltungen für die Kupplung eines Drehstromnetzes mit einem Einphasennetz niederer
Frequenz, beispielsweise eines 5operiodigen Wechselstromnetzes mit einem I62/3periodigen
Einphasennetz, dargestellt. In einem solchen, hauptsächlich für den Bahnbetrieb
verwendeten Einphasennetz treten betriebsmäßig häufig Belastungsstöße auf, beispielsweise
beim Anfahren eines Zuges, die in möglichst kurzer Zeit unter Vermeidung von Frequenzverminderungen
ausgeglichen werden müssen.
-
In dem Schaltbild der Abb. i wird das Einphasennetz ii aus dem Drehstromnetz
z2 über den aus der Synchronmaschine 13 und der Asynchronmaschine 14 bestehenden
Umformer gespeist. Die Asynchronmaschine 14 liegt ständerseitig am Drehstromnetz
i2; in ihrem Läuferkreis ist eine von einem Hilfsmotor 15 angetriebene Kommutatormaschine
16 geschaltet. Die Erregerwicklung 17 der Kommutatormaschine 16 ist über eine auf
der Umformerwelle sitzende Hilfserregermaschine 18 an die Schleifringe einer Drehstromerregermaschine
ig angeschlossen, die mit einem am Drehstromnetz i2 hängenden Antriebsmotor 2o gekuppelt
ist. Die Drehstromerregermaschine ig hat an ihrem Ständer drei Wicklungen 21, 22,
23, von denen die Wicklung 21 mit dem in ihrem Stromkreis liegenden Regler 24 zur
Änderung des Leistungsfaktors und die Wicklungen 22 und 23 zur Änderung der Drehzahl
des Umformers dienen.
-
. Die Wicklung 22 ist an einen durch ein Leistungsrelais 25 gesteuerten
Regler 26 angeschlossen und wird mittels eines Gleichrichters 27, beispielsweise
in Brückenschaltung angeordneten Trockengleichrichtern, die aus abwechselnden Schichten
eines Metalls und einer Verbindung dieses Metalls, z. B. aus Kupfer und Kupferoxydul,
bestehen und einem Transformator 28 aus dem Drehstromnetz 12 gespeist. Das den Regler
26 steuernde Leistungsrelais 25 ist an einen im Ständerstromkreis der Synchronmaschine
I3 liegenden Stromwandler 29 angeschlossen und verstellt den Regler 26 so lange,
bis die Solleistung des Umformers 13, 14 erreicht ist.
-
Die dritte Wicklung 23 der Drehstromerregermaschine ig ist über einen
Gleichrichter 3o, der wiederum aus Trockengleichrichtern in der Brückenschaltung
bestehen kann, an einen im Ständerkreis der Synchronmaschine 13 liegenden Stromtransformator
31 angeschlossen, der in seiner Sekundärwicklung einen dem Ständerstrom der Synchronmaschine
13 stets verhältnisgleichen Strom führt. Der Gleichrichter 30 liefert infolgedessen
einen Gleichstrom, der proportional dem Ständerstrom und damit der Belastung der
Synchronmaschine 13 ist. Zur Glättung des Gleichstromes ist eine Drosselspule 32
eingeschaltet. Die Wicklung 23 erzwingt eine künstliche Drehung der Charakteristik
der Asynchronmaschine 14 und wirkt dämpfend auf die Belastungsschwankungen ein.
Ferner entlastet sie den Regler 26.
-
Durch einen im Einphasennetz i i auftretenden Belastungsstoß wird
eine Frequenzverringerung verursacht, so daß die Synchronmaschine 13 in ihrer Drehzahl
etwas abfällt. Die Schwungmassen des Umformers decken aber durch ihre kinetische
Energie den ersten Belastungsstoß, so daß dieser nicht dem Drehstromnetz 12 entnommen
wird. Das Anwachsen des Ständerstromes der Synchronmaschine 13 hat aber gleichzeitig
eine Verstärkung des Feldes der Erregerwicklung 23 der Drehstromerregermaschine
ig zur Folge, wodurch die Asynchronmaschine gezwungen wird, ihre Drehzahl zu vermindern.
Ein Belastungsstoß wirkt sich also schon durch die Zunahme des Ständerstromes der
Synchronmaschine auf die Drehzahlcharakteristik der Asynchronmaschine aus, so daß
sich der Umformer sofort den Frequenzänderungen anpassen kann.
-
Bei der in Abb. 2 dargestellten Schaltung ist an Stelle der Erregermaschine
ig ein Transformator 40 verwendet, der primärseitig über einen Drehtransformator
41 am Drehstromnetz 12 liegt und dessen Sekundärwicklung an die Schleifringe der
Hilfserregermaschine 18 angeschlossen ist. Der Transformator 40 hat außer seiner
dreiphasigen Primär- und Sekundärwicklung zwei Hilfswicklungen 42 und 43, durch
die das Transformatoreisen mit Gleichstrom vormagnetisiert wird. Die Wicklung 42
wird mit einer konstanten Gleichspannung gespeist, die über einen Gleichrichter
44 und einen Transformator 45 aus dem Drehstromnetz 12 entnommen -wird. Die
Wicklung 43 ist über den Gleichrichter 46 an einen im Ständerstromkreis der Synchronmaschine
13 liegenden Stromtransformator 47 angeschlossen und erhält infolgedessen eine dem
Belastungsstrom der Synchronmaschine 13 proportionale Spannung. Zum Einstellen der
Übertragungsleistung des Umformers 13, 14 dient der durch einen Regler 48 gesteuerte
Antriebsmotor 49 des Drehtransformators 4I. Der Regler 48 wird seinerseits durch
ein Leistungsrelais gesteuert, dessen Strom- und Spannungsspulen 5o im Ständerstromkrei$
der Synchronmaschine 13
liegen.
-Die Wicklungen 22 und 23
sind gegeneinandergeschaltet. Während des normalen Betriebes arbeitet der Transformator
40 infolge der starken Vormagnetisierung mit großer Streuung; beim Eintreten eines
Belastungsstoßes im Einphasennetz i i kann die Vormagnetisierung durch das von der-Wicklung
2g erzeugte, dem Belastungsstrom der Synchronmaschine proportionale Feld nahezu
kompensiert werden, so daß plötzlich eine Vergrößerung der Regelspannung eintritt
und die Asynchronmaschine zu einem Drehzahlabfall gezwungen wird.
-
Die Erfindung eignet sich nicht nur zum Kuppeln von Drehstromnetzen
mit Einphasennetzen, sondern kann auch zum Kuppeln von zwei Drehstromnetzen verschiedener
Frequenz verwendet werden. Sie ist nicht nur für solche Fälle geeignet, in denen
die Energierichtung über den Umformer von der motorisch arbeitenden Asynchronmaschine
nach der generatorisch arbeitenden Synchronmaschine verläuft, sondern sie ist auch
mit gleichem Vorteil bei dem entgegengesetzten Energieverlauf anwendbar, weil die
Synchronmaschine auf Frequenzschwankungen stets empfindlicher anspricht als Asynchronmaschinen,
gleichgültig, ob sie als Motor oder als Generator betrieben wird.