DE596606C - Kaskadenschaltung von Hauptasynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine - Google Patents
Kaskadenschaltung von Hauptasynchronmaschine mit KommutatorhintermaschineInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/34—Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter
- H02K17/38—Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter with a commutator machine
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Description
Es ist eine Kommutatorkaskade bekannt mit belastungsabhängiger Drehzahlcharakteristik,
bei welcher die Kommutatorhintermaschine in Nebenschluß von den Schleifringen der Vordermaschine über Ohmsche
und induktive Widerstände erregt wird.
Abb. ι zeigt die Schaltung dieser bekannten Kommutatorkaskade·. A ist die asynchrone
Vordermaschine, K ist die Kommutatorhintermaschine und R die asynchrone oder
synchrone Belastungsmaschine, w ist der Widerstandserregerkreis, d der Drosselerregerkreis
der Kommutatorhintermaschine und k die Kompounderregerwicklung. Die
15. Kompensationswicklung der Kommutatorhintermaschine ist zwar nicht eingezeichnet,
muß aber als vorhanden gedacht werden. Die Maschine K kann selbstverständlich auch
mit A direkt oder über Zahnräder gekuppelt sein, in welchem Falle R wegfällt.
Die Schaltung nach Abb. 1 zeigt eine verhältnismäßig
einfache Anordnung, um eine mit zunehmender Belastung abnehmende Drehzahl zu erhalten. Die Anordnung hat
jedoch den Nachteil, daß der ganze Drehzahlbereich untersynchron liegt und demnach die
Kommutatorhintermaschine und die zugehörigen Erregeranordnungen viel größer dimensioniert sein müssen, als wenn der Drehzahlbereich
zum Teil übersynchron, zum Teil untersynchron liegt.
Es sind zwar auch schon derartige Schaltungen bekannt, bei welchen die Leerlaufdrehzahl
übersynchron liegt, jedoch sind diese Schaltungen entweder sehr kompliziert, oder
es sind für die Erregung der Kommutatorhintermaschine Frequenzumformer für recht
große Leistung erforderlich, wenigstens wenn nicht für die Erregung besondere Erregermaschinen
vorgesehen werden.
Vorliegende Erfindung bezweckt nun eine Kommutatorkaskade für eine belastungsabhängige
Drehzahlcharakteristik, derenDrehzahlbereich teilweise übersynchron und teilweise
untersynchron liegt und die für die Erregung der Kommutatorhintermaschine außer den in Abb. 1 gezeichneten Apparaten nur
einen Frequenzumformer für sehr geringe Leistung braucht. Durch die Hinzunahme dieses kleinen Frequenzumformers wird aber
die Leistung der Kommutatorhintermaschine fast auf die Hälfte reduziert, und weil außerdem
die maximale Schlupffrequenz viel geringer ist als bei demselben, aber nur untersynchronen Drehzahlbereich, so werden die
erforderliche Erregerleistung und besonders die Verluste im Widerstandserregerkreis sehr
wesentlich reduziert.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Kaskadenschaltung von Hauptasynchronmaschine
mit Kommutatorhintermaschine, die entweder eine vom Belastungsstrom durchflossene
Kompoundwicklung oder eine von einer im wesentlichen dem Schlupf proportionalen Spannung über Ohmsche Widerstände
gespeiste Widerstandserregerwicklung oder beide besitzt, bei welcher weiter eine
Drosselerregerwicklung vorhanden ist, die
einerseits über induktive Widerstände von einer im wesentlichen dem Schlupf proportionalen
Spannung, anderseits über einen Frequenzumformer von einer der Netzspannung proportionalen Spannung gespeist wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung nach der Erfindung zeigt Abb. 2. Die' Bezeichnungen
sind wieder die gleichen wie in Abb. i, neu sind der kleine Frequenzumforto
mer F, der über dem Transformator T vom Netz gespeist wird. Der Frequenzumformer
kann mit oder ohne Kompensationswicklung ausgeführt werden.
Die Kommutatorhintermaschine besitzt in t5 diesem Falle wieder drei Erregerwicklungen,
und zwar die Kompounderregerwicklung k, die vom Hauptstrom der Kommutatorhintermaschine
durchflossen ist, die Widerstandserregerwicklung w, die über einstellbare
Ohmsche Widerstände h von den Schleifringen der Vordermaschine gespeist wird, und
schließlich die Drosselerregerwicklung d, die einerseits über einstellbare induktive Widerstände
von den Schleifringen der Vordermaschine, anderseits von der Kommutatorspannung des Frequenzumformers F gespeist
wird. Die vorgeschalteten Ohmschen Widerstände im Widerstandserregerkreis bzw. die
vorgeschalteten induktiven Widerstände im Drosselerregerkreis sind groß gegenüber dem
Scheinwiderstand dieser Erregerwicklungen selber. Der Erregerstrom im Widerstandserregerkreis ist im wesentlichen der Schleifringspannung
des Vordermotors, d. h. dem Schlupf, proportional. Der Erregerstrom im Drosselerregerkreis bleibt im wesentlichen
konstant, unabhängig von der Schlupf frequenz, nur bei Schlupf Null würde auch dieser
Strom wenigstens bei der Anordnung nach Abb. ι auf Null zurückgehen. Der Zweck des
Frequenzumformers in Abb. 2 ist nun dafür zu sorgen, daß auch beim Durchgang durch
den Synchronismus der Strom im Drosselerregerkreis im wesentlichen konstant bleibt,
indem dieser Frequenzumformer den Ohmschen Abfall dieses Kreises deckt. In diesem
Falle kann man sogar, um möglichst stabile Verhältnisse zu bekommen, den Ohmschen
Abfall des Drosselkreises künstlich durch einen vorgeschalteten, einstellbaren Widerstand
r etwas erhöhen.
In Abb. 3 ist in der horizontalen Achse durch O der Schlupf ί aufgetragen, und zwar
von O nach rechts der positive Schlupf (untersynchron).
Die Ordinaten der verschiedenen Geraden dieser Abbildung stellen die verschiedenen
Spannungen im Sekundärkreis der Kommutatorkaskade oder, in einem andern Maßstabe, die entsprechenden Erregerdurchflutungen
der Kommutatorhintermaschine dar. Die Ordinaten der Geraden C-D zeigen die
im Läufer der Vordermaschine induzierte Schlupfspannung E2 in Funktion des Schlupfes. In gleicher Weise stellt die Gerade C-E
die Schleifringspannung Es der Vordermaschine dar. Die Differenz der Ordinaten der
Geraden C-D und C-E stellt den Spannungsabfall in der Sekundärwicklung der Hauptasynchronmaschine
dar und ist ein Maß für das Drehmoment dieser Maschine. Die Ordinaten
der Geraden F-G stellen die konstante Spannung Ed dar, die durch den Drosselerregerkreis
in der Kommutatorhintermaschine induziert wird. Die Differenz der Ordinaten der Geraden C-K und F-G stellt
die vom Widerstandserregerkreis in der Kommutatorhintermaschine induzierte Spannung
Ew dar; demnach gibt Gerade C-K die Summe der Spannungen Ed und Ew an.
Die Differenz der Geraden C-E und C-K stellt die von der Kompounderregerwicklung k
induzierte Spannung Ek dar. Demnach stellt C-E die resultierende induzierte Spannung
Ed + Ew + Ek der Kommutatorhintermaschine
dar. O, A stellt den Leerlaufschlupf dar, der negativ ist, d. h. die Leerlaufdrehzahl
der Kaskade liegt übersynchron. O, B soll etwa der größte positive Schlupf, der bei der
betriebsmäßig maximalen Belastung auftritt, darstellen. Bei Drehzahlen, die über der
Leerlaufdrehzahl liegen, arbeitet die Kaskade generatorisch.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß alle drei in Abb. 2 gezeichneten Erregerwicklungen
der Kommutatorhintermaschine vorhanden sind. Es kann beispielsweise der
Widerstandserregerkreis weggelassen werden. In diesem Falle fällt in Abb. 3 die Gerade
C-K mit der Geraden F-G zusammen. Die dadurch entstehenden Änderungen ergeben
sich von selbst. Es kann auch die Kompounderregerwicklung k weggelassen werden, in
welchem Falle die Geraden C-K und C-E zusammenfallen.
In beiden Fällen bleibt das Verbundverhalten der Kaskade bestehen. Daß die Kommutatormaschine normalerweise eine
nicht gezeichnete Kompensationswicklung besitzt, ist bereits erwähnt.
Bis jetzt sind nur die Spannungskomponenten, welche die Drehzahl beeinflussen, betrachtet
worden. Es ist aber klar, daß man die Kommutatorhintermaschine auch gleichzeitig
zur Phasenkompensation heranziehen kann. Man kann nämlich leicht der vom Drosselerregerkreis induzierten Spannung
eine solche Größe und Phasenrichtung geben, daß diese nicht nur die Leerlaufdrehzahl bestimmt,
sondern gleichzeitig die Phasenkompensation besorgt.
Mit Hilfe der verschiedenen Erregerkreise der Kommutatorhintermaschine hat man es
in der Hand, die Drehzahlkennlinie beliebig
lung sind dabei zwischen Erregerwicklung d und der Drosselspule die Doppelinduktionsregler
Dn, und Db geschaltet, die als regelbare
Stromtransformatoren arbeiten. Von der auderen Seite wird die Erregerwicklung d vom
Frequenzumformer F gespeist, der über zwei Doppelinduktionsregler dw und db, die primärseitig
parallel und sekundärseitig in Reihe geschaltet sind, gespeist. Mit Hilfe der beiden
ίο Induktionsregler Dw und dw wird die Leerlaufdrehzahl
der Kaskade bzw. die Wirkleistung, mit Hilfe der beiden Induktionsregler D1, und db die Blindleistung geregelt.
Dabei brauchen dw und db und der Frequenzumformer
F nur für die Ohmsche Komponente der Erregung aufzukommen. Die Regelung der Doppelinduktionsregler kann
selbsttätig in Abhängigkeit von den Netzgrößen geschehen, wobei einerseits Dw und dw
und anderseits Db und db von einem gemeinsamen
Organ gesteuert werden können. Bei Kaskaden für kleinere Leistung kann selbstverständlich
die Erregermaschine E wegfallen, indem dann die Wicklung d auf der
Kommutatorhintermaschine selbst angebracht wird.
Ein wichtiger Vorteil der hier beschriebenen Anordnung besteht darin, daß man
nicht durch Vorschaltung bedeutender Ohmscher Widerstände im Erregerkreis der Erregermaschine
bzw. der Kommutatorhintermaschine den Widerstand dieses Erregerkreises von der Schlupffrequenz unabhängig
zu machen braucht. Durch den Wegfall dieser Ohmschen Widerstände fallen die Hilfsmaschinen und Hilfsapparate wesentlich
kleiner aus, als wie es sonst der Fall wäre.
Statt in Abb. 4 die Induktionsregler dw
und db, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Spannungstransformators, vom
Netz zu speisen, könnte man diese Induktionsregler auch über Drosselspulen vom Netz
speisen, so daß auch diese Induktionsregler dann als Stromtransformatoren wirken würden.
Bei solchen Doppelinduktionsreglern, die als Stromtransformatoren mit regelbarer
Übersetzung arbeiten sollen, können die beiden Hälften primärseitig in Reihe, sekundärseitig
parallel geschaltet werden.
Claims (16)
- Patentansprüche:i. Kaskadenschaltung von Hauptasynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine, die entweder eine vom Belastungsstrom durchflossene Kompoundwicklung oder eine von einer im wesentlichen dem Schlupf proportionalen Spannung über Ohmsche Widerstände gespeiste Widerstandserregerwicklung oder beide besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß weiter eine Drosselerregerwicklung vorhanden ist, die einerseits über induktive Widerstände von einer im wesentlichen dem Schlupf proportionalen Spannung, anderseits über einen Frequenzumformer von einer der Netzspannung proportionalen Spannung gespeist wird.
- 2. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ohmsche Widerstand des Drosselerregerkreises durch Vorschaltwiderstände künstlich etwas erhöht ist.
- 3. Einrichtung bei der Kaskadenschaltung nach Anspruch 1 und 2 zur Regelung der Leerlaufdrehzahl· der Kaskade, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Widerstand des Drosselerregerkreises regelbar ist.
- 4. Einrichtung bei der Kaskadenschaltung nach Anspruch 1 bis 3 zur Regelung der Leerlaufdrehzahl und der Neigung der Drehzahlcharakteristik der Kaskade, dadurch gekennzeichnet, daß Ohmscher Widerstand des Widerstandserregerkreises geregelt wird.
- 5. Einrichtung bei der Kaskadenschaltung nach Anspruch 1 bis 4 zur Regelung der Neigung der Drehzahlcharakteristik der Kaskade, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompounderregung, beispielsweise (durch Änderung der Windungszahl der Kompounderregerwicklung, geregelt wird.
- 6. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselerregerkreis von zwei regelbaren Stromkomponenten gespeist ist, von welchen die eine die Leerlaufdrehzahl bzw. die Wirkleistung und die andere Komponente die Blindleistung beeinflußt.
- 7. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den verschiedenen Erregerwicklungen, welche die Spannung der Kommutatorhintermaschine beeinflussen, eine oder mehrere nicht auf der Kommutatorhintermaschine selbst, sondern auf einer besonderen Erregermaschine angeordnet sind.
- 8. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ohmsche Widerstand im Widerstandserregerkreis durch eine Reihenschlußkommutatormaschine mit angenähert konstanter, jedoch regelbarer Drehzahl ersetzt ist.
- 9. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Widerstand im Drosselerregerkreis durch eine Reihenschlußkommutatormaschine mit einer dem Schlupf proportionalen Drehzahl ersetzt ist.
- 10. Kaskadenschaltung, nach Anspruch ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der Widerstandserregerkreis odereinzustellen bzw. zu regeln. Wie aus Abb. 3 ersichtlich ist, läßt sich durch Regelung im Drosselerregerkreis die Leerlaufdrehzahl beliebig einstellen, ohne daß die Neigung der Drehzahlcharakteristik sich dabei ändert. Durch Umkehrung der Drosselerregung läßt sich die Leerlaufdrehzahl sowohl untersynchron als übersynchron verlegen. Durch Regelung im Widerstandserregerkreis ändert man zugleich die Leerlauf drehzahl und die Neigung der Drehzahlcharakteristik.Durch Änderung der Windungszahl der Kompounderregerwicklung läßt sich die Neigung der Drehzahlcharakteristik ändern, ohne daß die Leerlauf drehzahl geändert wird. Bei einer bestimmten Einstellung des Widerstandserregerkreises läßt sich eine Konstantleistungscharakteristik erzielen. Da sich mit der Anordnung nach dieser Erfindung praktisch jede Art von Drehzahlcharakteristik erreichen läßt und da man außerdem diese Charakteristik in jeder Weise beeinflussen kann, und zwar entweder von Hand oder selbsttätig, in Abhängigkeit von irgendeiner Größe, wie Leistung, Frequenz o. dgl., so läßt sich diese Kommutatorkaskade praktisch in allen Fällen verwenden, in welchen überhaupt Kommutatorkaskaden in Frage kommen. Selbstverständlich kommt die Kaskade gleichzeitig für die Regelung der Blindleistung in Betracht.Beispielsweise läßt sich diese Kaskade als sogenannter Zusatzschlupfkompensator verwenden, wobei die Leerlaufdrehzahl vorteilhafterweise übersynchron verlegt wird, weil dabei die Hilfsmaschinen möglichst kleine Abmessungen bekommen. Man kann die Drehzahlkennlinie entweder parallel an sich selbst verschieben oder auch deren Neigung beeinflussen, und zwar selbsttätig in Abhängigkeit von der Leistung oder bei Netzkupplungsumformern in Abhängigkeit von der Netzfrequenz. Wenn die Neigung der Drehzahlkennlinie in Abhängigkeit von der Belastung oder von der Drehzahl selbsttätig geregelt wird, läßt sich erreichen, daß beispielsweise von einer bestimmten Belastung an der Drehzahlabfall immer schneller zunimmt, so daß dadurch die Schwungmassen immer mehr zur Arbeitsleistung herangezogen werden.Bei Verwendung der Kaskade für Netzkupplungsumformer kann entweder selbsttätig auf konstante Leistung oder auf konstante Netzfrequenz geregelt werden, oder es kann schließlich auf eine bestimmte Abhängigkeit zwischen Leistung und Netzfrequenz geregelt werden. Bei Regelung auf konstante oder nahezu konstante Netzfrequenz ist Leistungsbegrenzung, bei Regelung auf konstante Leistung Begrenzung der Netzfrequenz zu empfehlen. Die Regelung auf konstante Leistung kann entweder selbsttätig durch Regerapparate oder, bei bestimmter Einstellung des Widerstandserregerkreises, durch die Eigenkennlinie der Kaskade erfolgen. In der Abb. 2 ist die Regelung in den verschiedenen Er- regerkreisen durch Anzapfung an den 0hmschen und induktiven Widerstand sowie am Transformator T und an der Kompoundwicklung k dargestellt. Die Regelung dieser verschiedenen Erregerkreise kann jedoch auch in anderer Weise geschehen. Erstens besteht die Möglichkeit, eine oder mehrere der Erregerwicklungen nicht auf der Kommutatorhintermaschine selber, sondern auf einer besonderen Erregermaschine mit großer Ankerrückwirkung unterzubringen. Weiter kann man auch den Ohmschen Widerstand durch eine Reihenschlußkommutatormaschine mit angenähert konstanter (aber doch regelbarer) Drehzahl, den induktiven Widerstand durch eine Reihenschlußkommutatormaschine mit einer dem Schlupf proportionalen Drehzahl ersetzen.Weiter kann man die Ohmschen und induktiven Widerstände, statt sie unmittelbar von den Schleifringen des Vordermotors zu speisen, über regelbare Transformatoren von diesen Schleifringen speisen; auch können sie von den Schleifringen einer asynchronen Hilfsmaschine statt von den Schleifringen der Vordermaschine gespeist werden.Im Drosselerregerkreis müssen Ohmsche und induktive Spannungskomponenten gleichzeitig geregelt werden. Sind jedoch in den Anzapfungen der Drosselspule Ohmsche Widerstände r (s. Abb. 2) von solcher Größe vorgeschaltet, daß die Ohmsche Spannungskomponente konstant bleibt, dann braucht der Transformator T nicht geregelt werden.Abb. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, die für eine Kommutatorkaskade für einen Netzkupplungsumformer mit selbsttätiger Regelung der Wirk- und Blindleistung in Frage kommt. Die Bezeichnungen sind wieder dieselben wie in Abb. 2, nur liegt die Drosselerregerwicklung d jetzt auf einer besonderen Erregermaschine!?, deren Antriebsmaschine in Abb. 4 nicht gezeigt wird. Der Widerstandserregerkreis ist in diesem Beispiel nicht vorhanden. Die Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine wird von der Erregermaschine E mit ihrer Kompoundwicklung ¥ und normalerweise mit einer nicht gezeichneten Kompensationswicklung gespeist. Die Erregermaschine ist mit großer Ankerrückwirkung ausgeführt, so daß ihr abgegebener Strom praktisch der Erregerdurchflutung der Wicklung d proportional ist. Die Erregerwicklung d wird einerseits über die Drosselspule vS* von den Schleifringen der Vordermaschine gespeist. Zwecks der Rege-der Drosselerregerkreis oder beide über regelbare Transformatoren von den Schleifringen der Vordermaschine gespeist sind.
- 11. Kaskadenschaltung nach Anspruch ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der Widerstandskreis oder der Drosselerregerkreis oder beide von den Schleifringen einer besonderen asynchronen Hilfsmaschine, die mit der Vordermaschine gekuppelt ist, gespeist sind.
- 12. Kaskadenschaltung nach Anspruch ι bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Drosselspule Ohmsche Widerstände geschaltet sind, die derart geregelt werden, daß die Ohmsche Komponente des Drosselkreises konstant bleibt, so daß die Spannung des Frequenzumförmers konstant gehalten werden kann.
- 13. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Drosselspule und Drosselerregerwicklung Doppelinduktionsregler geschaltet sind, die als Stromtransformatoren mit regelbarer Übersetzung wirken.
- i4.Kaskadenschaltungnach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auch auf der Pritnärseite des Frequenzumformers derartige über eine Drosselspule gespeiste, als Stromtransformator wirkende Doppelinduktionsregler vorhanden sind.
- 15 .Kaskadenschaltung nach Anspruch 13, 14, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Doppelinduktionsregler für Beeinflussung der Wirkleistung (bzw. Leerlaufdrehzahl) und für die Beeinflussung der Blindleistung vorhanden sind.
- 16. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelorgane selbsttätig in Abhängigkeit von einer elektrischen oder mechanischen Größe der Schaltungsanordnung, wie Spannung, Strom, Leistung, cos φ, Drehzahl, Frequenz, geregelt werden.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEA66294D DE596606C (de) | 1932-06-18 | 1932-06-18 | Kaskadenschaltung von Hauptasynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEA66294D DE596606C (de) | 1932-06-18 | 1932-06-18 | Kaskadenschaltung von Hauptasynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE596606C true DE596606C (de) | 1934-05-07 |
Family
ID=6944086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEA66294D Expired DE596606C (de) | 1932-06-18 | 1932-06-18 | Kaskadenschaltung von Hauptasynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE596606C (de) |
-
1932
- 1932-06-18 DE DEA66294D patent/DE596606C/de not_active Expired
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