DE592380C - Einrichtung zum Kuppeln zweier Wechselstromnetze verschiedener Frequenz durch eine aus zwei Maschinen bestehende Umformergruppe - Google Patents

Description

Die Kupplung von Wechselstromnetzen verschiedener Frequenz zur Energieübertragung in einer oder in beiden Richtungen kann bekanntlich mit Synchronmaschinen, sofern diese nicht" elastisch gekuppelt sind, nur unter der Bedingung vollständigen Gleichlaufes der beiden Netze erfolgen. Man hat deswegen Asynchronmaschinen mit veränderlichem Schlupf gebaut, welche alle an solche Kupplungsmaschinen zu stellenden Anforderungen auch bei schwankenden Frequenzen erfüllen, jedoch bekanntlich außerordentlich verwickelt und daher empfindlich sind. Diese Maschinen können, trotz ihres asynchronen Charakters, durch Zufügung von Schlupfeinrichtungen genau synchron, untersynchron und übersynchron arbeiten.

Die normale Asynchronmaschine arbeitet dagegen mit ι bis 3°/₀ Schlupf, je nach Größe der Maschine, und kann daher, da die Polzahlen ja nicht behebig vergrößerbar ,bzw. wählbar sind, ohne weiteres zu Netzkupplungen nicht dienen, besonders dann nicht, wenn eine wechselseitige Energieübertragung notwendig ist. Man hat dem dadurch abzuhelfen versucht, daß man den an das eine Netz angeschlossenen Teil eines umlaufenden Umformers aus einer Induktionsmaschine und einer zu dieser in Kaskade ge-.schalteten regelbaren Kollektormaschine, den an das andere Netz angeschlossenen, mit dem ersten mechanisch gekuppelten Teil des Umformers als einfach gespeiste Wechselstrommaschine baute. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß äußerst verwickelte und daher empfindliche Vorrichtungen (Kommutatorhintermaschinen mit Zwischentransformatoren, Regelapparaten usw.) verwendet werden müssen.

Regelt man dagegen den Schlupf der Asynchronmaschine durch Widerstände im Läuferkreis und schaltet man zwischen die beiden Maschinen der Umformergruppe ein Getriebe, welches nach der unten angegebenen technischen Regel gewählt ist, so lassen sich zunächst bei einer Leistungsübertragung in nur einer Richtung alle Aufgaben der Netzkupplung lösen und die verwickelten und auch teuren Einrichtungen durch normale elektrische Maschinen und einfache mechanische Teile ersetzen. Die technische Regel lautet: Die Übersetzung des Getriebes ist so zu wählen, daß, abgesehen von der durch das Frequenzverhältnis und das Polpaarverhältnis gegebenen Übersetzung, eine Vergrößerung der Umdrehungszahl der angetriebenen Maschine um den Betrag des prozentualen Vollastschlupfes, zuzüglich des prozentualen Betrages des Frequenzunterschiedes, bei dem die volle Leistung übertragen werden soll, entsteht.

Ein Beispiel mag dies erläutern. Hat die Asynchronmaschine I¹Z₂ ⁰Zo Schlupf, so würde bei einem Übersetzungsverhältnis von 1 :1,015 (es wird stets von dem zusätzlichen Übersetzungsverhältnis, welches aus den Frequenzen und der Polpaarzahl folgt, abgesehen) die Maschine gerade noch in der Lage sein, die volle Leistung an das andere Netz abzugeben, wenn die Frequenzen genau übereinstimmen. Sinkt die Frequenz des gespeisten Netzes, so würde die Übertragung der vollen Leistung in bekannter Weise durch Einschalten von Widerständen möglich bleiben; steigt sie dagegen, so würde die übertragbare Leistung, entsprechend der Schlupfcharakteristik der Asynchronmaschine, zurück-

gehen. Beträgt dagegen das Übersetzungsverhältnis ι : 1,025, ^so besteht die volle Übertragungsmöglichkeit bei einer relativen Frequenzerniedrigung des antreibenden Netzes um 1⁰J₀, während natürlich bei übereinstimmender Frequenz beider Netze dann der Schlupf der Asynchronmaschine durch Einschalten von Widerständen entsprechend zu erhöhen ist. Nach der hier angegebenen technischen Regel

lassen sich zunächst alle Fragen der Übertragung nach einer Richtung bei schwankenden Frequenzzahlen lösen; allerdings werden mit zunehmenden Abweichungen der Frequenz die Verluste größer. Gegenüber den bisher üblichen rein elektrischen Einrichtungen besteht der Vorteil größter Einfachheit, dagegen werden die Verluste größer. Es ist jedoch zu beachten, daß die grundsätzlich verlustlose Regelung durch Einführung von Zusatzspannungen in den Rotor verwickelte Einrichtungen bedingt, welche auch ι bis 2% Verluste bei allen Belastungen ergeben, während hier die Verluste nur bei größeren Frequenzabweichungen größere Werte annehmen. Die geringeren Anlagekosten sowie die Einfachheit der Anlage werden diese größeren Verluste in sehr vielen Fällen ausgleichen.

Soll die Übertragung nach beiden Richtungen erfolgen, so wird die Einschaltung von zwei Getrieben mit verschiedenem Übersetzungsverhältnis durch zwei Schaltkupplungen notwendig, wobei die oben angegebene technische Regel für beide Getriebe gilt und natürlich das eine vergrößernd und das andere verkleinernd übersetzt. Die Abbildung zeigt eine mögliche Ausführung. Die beiden Getriebe sind nebeneinander gezeichnet und mit den erwähnten Übersetzungsverhältnissen ausgestattet. Zweihydraulische oder hydraulisch-mechanische Schaltkupplungen α und δ gestatten, jedes der beiden

Übersetzungsgetriebe getrennt einzuschalten und dadurch eine Energieübertragung in der einen oder anderen Richtung zu ermöglichen, wobei die in der Abbildung dargestellten hohlen Wellen die ohne weiteres verständliche Rolle übernehmen. Die Einrichtung wird ergänzt durch die bekannten Widerstände im Rotorstromkreis der Asynchronmaschine. Selbstverständlich dürfen beide Kupplungen niemals gleichzeitig mechanisch eingreifen; ihre Schalteinrichtungen sind demnach gegeneinander zu verriegeln.

Die Umschaltung der Energierichtung geschieht folgendermaßen: Es wird zunächst die beispielsweise von der Asynchronmaschine her übertragene Energie dadurch vermindert, daß Widerstände in den Rotor eingeschaltet werden, dann wird die bisher in Betrieb befindliche Kupplung b herausgenommen, die andere Kupplung α eingeschaltet und dann, je nach der gewünschten Energieaufnahme, die Widerstände im Rotorstromkreis der Asynchronmaschine allmählich herausgenommen. Durch entsprechende Bemessung dieser Widerstände ist es möglich, die beim Schalten der Kupplungen entstehenden Belastungsstöße beliebig klein zu halten.

Es ist selbstverständlich möglich, auch noch andere mechanische Anordnungen der Getriebe zu wählen. Wesentlich für die Erfindung ist die technische Regel der Wahl der Übersetzungsverhältnisse und die Anwendung von Schalt- kupplungen für wechselseitige Übertragung.

Die Regelung der übertragenen Leistungen kann in bekannter Weise selbsttätig von der Frequenz, von einer vorgeschriebenen Belastungskurve oder irgendwelchen anderen Bezugsgrößen abhängig gemacht werden, wie dieses von den bisher ausgeführten Kupplungseinrichtungen her bekannt ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Kuppeln zweier Wechselstromnetze verschiedener Frequenz durch eine aus zwei Maschinen bestehende Umformergruppe, deren einer Teil als Asynchronmasehine mit Widerstandsregelung im Läuferkreis ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leistungsübertragung in nur einer Richtung zwischen die beiden Maschinen ein Getriebe geschaltet ist, dessen Übersetzungsverhältnis, abgesehen von dem durch Frequenzverhältnis und Polpaarverhältnis zwangsläufig gegebenen, so gewählt ist, daß es die Drehzahl der angetriebenen Maschine prozentual um den Betrag des prozentualen Konstruktionsschlupfes der Asynchronmaschine zuzüglich der für Vollastübertragung zuzulassenden prozentualen Frequenzabweichung je nach der Übertragungsrichtung vergrößert oder verkleinert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum wechselseitigen Energieaustausch zwei Getriebe vorhanden sind, von denen das eine ins Schnelle, das andere ins Langsame übersetzt und die durch zwei Schaltkupplungen je nach der Richtung des Leistungsflusses einzeln eingeschaltet werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltkupphingen gegeneinander, gegebenenfalls bei der Einschaltung der Rotorwiderstände der Asynchronmaschine, durch an sich bekannte Mittel verriegelt werden und alle Regel- und Schaltvorgänge selbsttätig von irgendeinem Impuls beeinflußt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen