DE577268C - Anordnung zur Erregung von Kommutatorhintermaschinen von Asynchronmaschinen mit einer der Schlupffrequenz proportionalen Spannung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
27. MAI 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d 2 GRUPPE 27

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Januar 1927 ab

Es sind bereits Asynchronmaschinen bekannt, deren Kommutatorhintermaschine mit einer der Schlupffrequenz proportionalen Spannung erregt wird. Die Kommutatorhintermaschine führt dann bei derartigen Kaskaden in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine eine Spannung ein, die der in der Sekundärwicklung der Asynchronmaschine induzierten Spannung entgegengerichtet ist. Die Spannung der Kommutatorhintermaschine kann dabei stets einen bestimmten Bruchteil der Sekundärspannung der Asynchronmaschine betragen. Eine derartige Anordnung eignet sich vor allem dazu, die Drehzahl der Asynchronmaschine mit steigender Belastung in beliebig starkem Maße zu senken oder zu heben (Kömpoundieren), ohne daß dabei, wie dies bei der Einschaltung von Widerständen bei gewöhnliehen Asynchronmotoren der Fall ist, die Schlupfenergie der Asynchronmaschine verlorengeht. Man kann aber auch die Kommutatorhintermaschine derart erregen, daß ihre Ankerspannung ständig die Sekundärspannung der Asynchronmaschine gerade aufhebt. Mittels einer derartigen Anordnung kann man erreichen, daß die Asynchronmaschine unabhängig von der Schlüpfung ständig dieselbe Leistung aufnimmt bzw. als Generator abgibt. Es ist in diesem Falle nur erforderlich, daß in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine äußer der von der Kommutatorhintermaschine entwickelten Spannung noch eine weitere konstante Spannung eingeführt wird, die je nach ihrer Phasenlage in der Sekundärwicklung einen motorischen oder generatorischen und von der Schlupffrequenz in der Stärke nicht beeinflußten Strom erzeugt. Eine derartige Anordnung kann man bei Asynchronmaschinen verwenden, die starken und periodisch wiederkehrenden Belastungsstößen ausgesetzt sind, wie die Antriebsmotoren von WalzenstraBen oder Kompressoren oder auch Asynchrongeneratoren, die von Kolbenmaschinen (z. B. von Großgasmaschinen oder Dieselmotoren) anger trieben werden. In allen diesen Fällen erreicht man, daß die Asynchronmaschine unabhängig von der ihr mechanisch entnommenen oder zugeführten Leistung elektrisch die gleiche Leistung aufnimmt oder abgibt. Ebenso kann man die Anordnung zur Kupplung zweier Netze verwenden, derart, daß unabhängig von Frequenzschwankungen von dem einen auf das andere Netz eine bestimmte, einstellbare Leistung übertragen wird.

Bei der bekannten Anordnung wird die der Schlupffrequenz proportionale Erregung der Kommutatorhintermaschine dadurch erreicht, daß sie mit etwa konstanter Drehzahl ange-

*) Von dem Patentsweher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. laroslav Kosisek in Berlin-Charlottenburg.

trieben wird und daß ihre Schlupf frequenz führende Erregerwicklung im Ständer an die Schleifringe der Asynchronmaschine angeschlossen ist. Der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine sind dabei Ohmsche Widerstände vorgeschaltet, die derart groß bemessen sind, daß demgegenüber bei allen betriebsmäßig vorkommenden Schlupffrequenzen der induktive Widerstand der Erregerwicklung in den Hintergrund tritt. Man erreicht dadurch, daß der Erregerstrom und damit das Feld der Hintermaschine proportional der Schlupffrequenz ansteigt und seine Phasenlage sich nicht ändert. Die Vorschaltung der Ohmschen Widerstände hat aber, namentlich bei großen Kommutatormaschinen und bei großem Regelbereich, den Nachteil, •daß eine verhältnismäßig große Energie in den Widerständen vernichtet wird. Außerdem ist die von den Schleifringen gelieferte Erregerspannung vom Belastungszustand der Hauptmaschine nicht vollständig unabhängig.. Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung zur Erregung der Kommutatorhintermaschine von Asynchronmaschinen mit einer der Schlupffrequenz proportionalen Spannung, die die geschilderten Nachteile ganz oder teilweise vermeidet und die sich für solche Kommutatorhintermaschinen als zweckmäßig er-' weist, die im Läufer mit Netzfrequenz oder annähernder Netzfrequenz erregt werden oder im Ständer mit Schlupffrequenz über einen mit Netzfrequenz erregten Frequenzwandler. Erfindungsgemäß ist in den Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine mit der Kommutatorseite eine Hilfskommutatormaschine eingeschaltet, die mit der Asynchronmaschine synchron läuft und die im Ständer zweckmäßig mit konstanter Stromstärke erregt ist. Da die Drehzahl der Hilfskommutatormaschine proportional der Schlupffrequenz der Hauptmaschine sich ändert, so wird im Läufer (bzw. im Erregerstromkreis der Hintermaschine) durch das Ständerfeld eine Spannung erzeugt, die proportional der Schlupffrequenz sich ändert, so daß auch das Erregerfeld der Kommutatorhintermaschine proportional der Schlupffrequenz sich ändert. Das Erregerfeld im Ständer der Hilfskommutatormaschine, das die gleiche Frequenz wie die Spannung an den Bürsten besitzt, kann derart beschaffen sein, daß es im Läufer eine Spannung erzeugt, die bei der der Netzfrequenz entsprechenden Drehzahl -des Läufers gleich Null ist und die proportional der Schlüpfung der Hauptmaschine anwächst. Dies ist z. B. der Fall, wenn die Hilfskommutatormaschine eine Drehstromnebenschlußmaschine ist, die mit der Hauptmaschine mechanisch gekuppelt ist und deren Ständerwicklung vom Netz aus erregt ist, während die Läuferwicklung über den Kommutator in den Erregerstromkreis des Läufers der Kommutatorhintermaschine über einen Transformator eingeschaltet ist. Man kann aber auch eine Anordnung wählen, bei der im Läufer der Hilfskommutatormaschine durch das Ständererregerfeld auch bei der der Netzfrequenz entsprechenden Drehzahl eine Spannung erzeugt wird, die sich aber bei Änderung der Drehzahl proportional ändert. Beispielsweise besitzt die mit der Hauptmaschine gekuppelte Hilfskommutatormaschine im Ständer ausgeprägte Pole, die mit Netzfrequenz erregt sind, während die Läuferwicklung über den Kommutator in den Erregerstromkreis eingeschaltet ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, außer der von der Hilfskommutatormaschine in den Erregerstromkreis eingeführten Spannung noch eine weitere Spannung vorzusehen, die jener entgegenwirkt und ihre von der Drehzahl unabhängige Komponente ganz oder teilweise aufhebt.

In den Abb. 1 .bis 4 der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Anordnung nach der Erfindung dargestellt.

Bei der Anordnung nach Abb. 1 wird die Kommutatorhintermaschine 2 im Läufer mit Netzfrequenz und proportional der Schlüpfung der Asynchronmaschine 1 erregt. Es ist dazu eine Drehstromnebenschlußmaschine 12 vorgesehen, die mit der Maschine 1 mechanisch gekuppelt ist und deren Ständerwicklung über einen Regeltransformator 13 vom Netz aus gespeist wird. Die Erregung der Maschine 2 ist an die Bürsten der Drehstromnebenschlußmaschine 12 angeschlossen. Beim synchronen Lauf der Maschine 1 ist die von der Maschine 12 an den Bürsten entwickelte Spannung Null, sie wächst propartional der Schlüpfung der Maschine 1 an. Die Erregung an der Maschine 12 kann derart eingestellt sein, daß die Sekundärspannung der Maschine 1 bei allen Schlüpfungen gerade aufgehoben ist. In diesem Fall dient die vom Transformator 14 eingeführte Spannung zur Abgabe oder Aufnahme einer von der Schlüpfung unabhängigen konstanten Leistung. Wenn durch die Maschine 12 nur ein bestimmter Bruchteil der Sekundärspannung der Maschine 1 aufgehoben wird, so kann mittels der vom Transformator 14 gelieferten Spannung die Leerlaufdrehzahl oder auch die Pliasenkompensierung der Maschine 1 auf einen beliebigen Wert eingestellt werden. Ist die Maschine 12 keine Drehfeldmaschine, sondern besitzt, wie bereits erwähnt, im Ständer ausgeprägte Pole, so steigt ihre Läuferspannung proportional der Drehzahl an und zeigt bei Synchronismus der Maschine 1 einen bestimmten Wert. Diese Spannung kann durch den Transformator 14 ganz oder teilweise

aufgehoben werden. Die Maschine 12 kann ein- oder mehrphasig ausgeführt sein. Im ersteren Fall kann das Einphasenfeld in einem Drehfeld mit Hilfe einer Dämpferwicklung, z. B. in der Kommutatorhintermaschine 2 oder in der Hilfskommutatorhintermaschine 22 der Abb. 3, erzeugt werden.

Die Anordnung nach Abb. 2 stimmt mit der nach Abb. 1 bezüglich der mit der Hauptmaschine mechanisch gekuppelten und vom Netz erregten Drehstromnebenschlußmaschine 12 überein. Die Kommutatorhintermaschine 2 ist aber hier mit der Maschine 1 nur elektrisch gekuppelt. Sie ist mit einer asynchronen Belastungsmaschine 15 mechanisch verbunden und wird im Läufer mit annähernder Netzfrequenz erregt. Dazu ist ein vom Netz über einen Regeltransformator 17 gespeister Frequenzwandler 16 vorgesehen, der mit der Belastungsmaschine 15 gekuppelt ist und dessen Kommutatorseite die Läuferwicklung der mit der Maschine 1 gekuppelten Drehstromerregermaschine 18 speist. Die Ständerwicklung dieser Maschine speist die Erregung der Hintermaschine 2. Die von der Maschine 12 entwickelte, proportional der Schlüpfung der Maschine 1 ansteigende Spannung ist über den Transformator 19 in den Netzfrequenz führenden Teil des Erreger-Stromkreises der Maschine 2 eingeschaltet. Obzwar die Leistung der Hilfskommutatormaschine 12 der Abb. 1 und 2 verhältnismäßig gering gegenüber der Kommutatorhintermaschine ist, so kann man ihre Größe noch herunterdrücken, wenn man sie nicht unmittelbar in den Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine einschaltet, sondern in einen mit diesem Erregerkreis in Kaskade geschalteten und ebenfalls Netzfrequenz führenden Erregerkreis.

Abb. 3 zeigt eine derartige Anordnung. Die Anordnung der Kommutatorhintermaschine 2 und der Drehstromnebenschlußmaschine 12 stimmt mit der nach Abb. 1 überein.

+5 Für die Erregung der Hintermaschine 2 ist aber noch ein besonderes asynchrones Erregeraggregat vorgesehen, bestehend aus einem Asynchronmotor 20, einem mit der Ständerwicklung an die Schleifringe der Maschine 2 angeschlossenen Asynchrongenerator 21 und einer Hilfskommutatorhintermaschine 22· im Läuferstromkreis dieses Generators. Die Hilfskommutatorhintermaschine wird im Läufer mit Netzfrequenz proportional der Schlüpfung der Maschine 1 von der Maschine 12 erregt. Die Leistung der Maschine 12 ist sehr gering. Sie beträgt beispielsweise bei einer Erregerleistung von 40 kW an der Hintermaschine 2 nur etwa 1 kW.

Man kann die neue Anordnung auch bei Kommutatorhintermaschinen verwenden, die im Ständer mit Schlupf frequenz erregt werden. Abb. 4 der Zeichnung zeigt eine derartige Schaltung. Die mit der Hauptmaschine ι mechanisch gekuppelte Hintermaschine 2 besitzt eine Schlupffrequenz führende Erregerwicklung 23 im Ständer. Diese wird über den Frequenzwandler 24 vom Netz aus gespeist. In den Netzfrequenz führenden Teil des Erregerstromkreises der Maschine 2 ist über den Transformator 25 die Drehstromnebenschlußmaschine 12 eingeschaltet. Diese erzeugt in der Maschine 2 eine mit der Schlüpfung der Maschine 1 proportional anwachsende Erregerkomponente.

Statt daß die Hilfskommutatormaschine 12 unmittelbar die Erregung der Kommutatorhintermaschine beeinflußt, könnte sie auch einen Schnellregler (z. B. einen Thoma-Regler) steuern, der seinerseits erst die Erregung der Hintermaschine regelt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erregung von Kommutatorhintermaschinen, die zur Drehzahlregelung entweder unmittelbar oder über weitere Kommutatorhintermaschinen in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschaltet sind und die im Läufer mit einer Spannung von mindestens annähernder Netzfrequenz und mit einer der Schlupffrequenz proportionalen Spannung erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine mit der Kommutatorseite eine Hilfskommutatormaschine eingeschaltet ist, die mit der Asynchronmaschine synchron läuft und die im Ständer (zweckmäßig mit konstanter Stromstärke) mit mindestens annähernder Netzfrequenz erregt ist.

2. Anordnung nach Anspruch i, bei der die Hilfskommutatormaschine so erregt ist, daß sie auch bei der der Netzfrequenz entsprechenden Drehzahl einen gewissen Teil der sich- mit der Schlupffrequenz ändernden Spannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Spannungsüberschuß durch die Einschaltung einer weiteren Spannung im Erregerstromkreis der Hintermaschine ganz oder teilweise aufgehoben ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Frequenzwandlers Netzfrequenz oder annähernde Netzfrequenz aufweist, gekennzeichnet durch eine im Ständer vom Netz gespeiste und mit der Asynchronmaschine mechanisch gekuppelte Drehstromnebenschlußmaschine als Hilfskommutatormaschine, deren Korn-

mutator in den Netzfrequenz führenden Teil des Erregerstromkreises der Hintermaschine eingeschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, wobei für die Erregung der Kommutatorhintermaschine ein Aggregat, bestehend aus einem Asynchrongenerator mit einer im

Läufer mit Netzfrequenz erregten Hilfskornmutatorhintermaschine, vorgesehen ist, dadurch, gekennzeichnet, daß die Hilfskommutatormaschine (12) in den Erregerstromkreis der Hilfskommutatorhintermaschine (22) des Asynchrongenerators eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDrÜCKeUeI