DE601673C - Anordnung, die die Verwendung normaler laeufererregter Kommutatorhintermaschinen fuer 50 Hertz bei Kaskaden in Netzen anormaler Frequenz gestattet - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 22. AUGUST 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d² GRUPPE 27 oi

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Januar 1928 ab

Es sind bereits Drehstromkaskaden bekannt, die bezüglich der prinzipiellen gegenseitigen Schaltung und Anordnung der Maschinen der Abb. 1 der Zeichnung entsprechen. Mit der Asynchronmaschine I ist die Kommutatorhintermaschine III und eine Hilfsasynchronmaschine II gekuppelt. Die Hilfsasynchronmaschine führt der Kommutatorhintermaschine an den Schleifringen den

ίο Erregerstrom zu. Der Primärteil der Hilfsasynchronmaschine ist an das Netz angeschlossen. Die Polzahlen der drei Maschinen I bis III sind nun so gewählt, daß die Polzahl der Kommutatorhintermaschine III gleich der Summe der Polzahlen der beiden anderen Maschinen I und II ist. Es könnte aber auch die Polzahl der Asynchronmaschine I gleich der Summe der Polzahlen der beiden Maschinen II und III sein. Bei diesen bekannten Anordnungen wird entweder eine Herabsetzung der Ankerfrequenz der Kommutatorhintermaschine bezweckt, oder man will durch Erhöhung der Ankerfrequenz der Kommutatorhintermaschine die Möglichkeit schaffen, die Erregerschleif ringe der Kommutatorhintermaschine wegzulassen und trotzdem zu erreichen, daß die Läuferwicklung der Kommutatorhintermaschine Ströme höherer Frequenz als die Schlupffrequenz führt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, die die Verwendung normaler läufererregter Kommutatorhintermaschinen von 50 Hertz bei Kaskaden mit drei in starrem Drehzahlverhältnis stehenden Maschinen in Netzen anormaler Frequenz, insbesondere in i6²/₃periodigen Eisenbahnnetzen, gestattet. Erfindungsgemäß ist durch entsprechende Wahl der Polpaarzahl die Drehungsfrequenz, d. h. das Produkt aus Polpaarzahl und Drehzahl, einer der drei Maschinen gleich der Summe der Drehungsfrequenzen der beiden anderen Maschinen. Würde man in solche Netze abnormaler Frequenz, insbesondere in Bahnnetze, eine gewöhnliche Kaskade einschalten, bei der die Polzahl der Kommutatorhintermaschine gleich der Polzahl der Asynchronmaschine ist, so ergäbe sich dadurch außer der schlechten Ausnutzung der Hauptmaschine infolge der niedrigen Frequenz auch eine schlechte Ausnutzung der Kommutatorhintermaschine, während bei der Anordnung nach der Erfindung die Kommutatorhintermaschine trotz der niedrigen Netzfrequenz infolge der höheren Polzahl auch mit einer höheren Frequenz, insbesondere mit 55 ' der normalen Frequenz 50, arbeitet, so daß man einerseits zu einer günstigen Dimensio^- nierung der Kommutatorhintermaschine, anderseits auch zu normaler Bauart gelangt. Diese Möglichkeit, die Kommutatorhintermaschine für die normale Frequenz zu entwerfen, ist auch vorhanden, wenn man die ge-

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

Dipl.-Ing. Hermann Harz in Berlin-Siemensstadt.

schilderte Kaskadenanordnung bei Netzen abnormal hoher Frequenz verwendet.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert. In Abb. ι bezeichnet I die asynchrone Hauptmaschine, die primär an einem Einphasenoder Mehrphasennetz abnormaler Frequenz liegt, III die mit der Maschine k gekuppelte Kommutatorhintermaschine und II die ebenfalls mit der Maschine I gekuppelte Drehfeldmaschine für die Erregung der Kommutatorhintermaschine. Die Drehungsfrequenzen der drei Maschinen verhalten sich demnach wie ihre Polpaarzahlen P₁, pu und pm, nachdem die Drehzahlen für die drei Maschinen dieselben sind. Für die richtige Wirkungsweise der Gesamtanordnung ist erforderlich, daß die Drehungsfrequenz (Produkt aus Polzahl mal Drehzahl) der Maschine III gleich

ist der Drehungsfrequenz der Maschine I + der Drehungsfrequenz der Maschine II. Dies besagt, daß die Drehungsfrequenz der Maschine III und damit ihre Ausnützung und Beanspruchung je nach Bedarf größer oder kleiner als die der Hauptmaschine gewählt wird. Ferner ergibt sich daraus, daß die drei Maschinen nicht nur direkt, sondern auch über schlüpfungsfreie Getriebe miteinander gekuppelt sein können, so daß die Drehzahlen «;, W//, %/ ganz allgemein verschieden sind.

Im folgenden ist der Vorteil der neuen Anordnung an zwei Zahlenbeispielen gezeigt. Die Hauptmaschine I liegt an einem niedrigperiodigen Wechselstromnetz von i6²/₈ Hertz, ihre Polpaarzahl pi sei 1, so daß die synchrone Geschwindigkeit 1000 U/min betragen würde. Bei einem Schlupf von 6 °/₀ läuft die Maschine mit einer tatsächlichen Drehzahl von 940 Ü/min. Demnach hat sie eine Drehungsfrequenz fi = = i5^ä/₃ Hertz, und in

ihrem Sekundärkreis herrscht eine Schlupffrequenz /2 = 1 Hertz. Die Maschine II habe eine Polpaarzahl P₁₁ = 2 und demnach eine Drehungsfrequenz f_n = 31¹J₃ Hertz. Im Sekundärteil dieser Maschine besteht also, wenn sich Drehungsfrequenz und zugeführte Frequenz addieren, die Frequenz

/, = i6²/₈ + 3I¹A = 48 Hertz.

Mit dieser Frequenz wird die Maschine III erregt, eine kompensierte, läufergespeiste Drehstromhintermaschine, die die Polpaarzahl

Pm = 3 = Pi + Pu,

demnach die Drehungsfrequenz //// = 47 Hertz besitzt und entgegen der Richtung ihres Drehfeldes angetrieben wird. Damit kommt an ihrem Kommutator die Differenz beider Frequenzen 48 — 47 = ι Hertz, die geforderte Schlupffrequenz, zustande. Die Erregerfrequenz 48 unterscheidet sich von der sonst üblichen 50 nur sehr wenig, so daß also für derartige Anordnungen Drehstromerregermaschinen normaler Bauart benutzt werden können. Auch für die Drehfeldmaschine II, die in dem angeführten Falle nur die Erregerleistung der Hintermaschine zu liefern braucht und daher an sich nicht groß ausfällt, lassen sich normale Maschinen verwenden, da sie ebenfalls mit der hohen Frequenz ausgenutzt ist. Die' Regelorgane (Stufentransformator u. dgl.) kann man entweder auf die Hochfrequenzseite oder auf die Niederfrequenzseite der Maschine II legen. Anordnungen, wie die im vorstehenden behandelten, haben besondere Bedeutung für asynchrone Blindleistungsmaschinen und kompensierte Induktionsmaschinen in einphasigen Bahnnetzen mit kleiner Frequenz.

Auch der umgekehrte Fall, wo die Netzfrequenz für die Hintermaschine von deren Normalfrequenz nach oben abweicht, bietet Vorteile. Die Hauptmaschine I besitzt dann vier Polpaare (p — 4) und liegt an einem 60-Periodennetz. Ihre Drehungsfrequenz /7 beträgt bei einer Drehzahl von 885 U/min 59 Hertz, so daß also in ihrem Läuferkreis wieder die Frequenz 1 Hertz herrscht, die Maschine II besitzt nur ein Polpaar und · wird daher mit der Drehungsfrequenz ///= i4⁸/₄Hertz im Sinne des Ständerdrehfeldes angetrieben. In ihrem Sekundärkreis kommt demnach die Differenz der beiden Frequenzen 60 —14³/₄ = 45V4 Hertz zum Vorschein. Von dieser Frequenz subtrahiert sich die Drehungsfrequenz der Maschine III, die bei p,_n = z = Pi — pn 44¹/* ^He^rtz beträgt, so daß also die Schlupffrequenz von ι Hertz wieder richtig am Kommutator erscheint.

Es ist klar, daß sich der der Erfindung zu- tos gründe liegende Gedanke nicht nur auf die mechanische Kupplung der Hintermaschine mit der Hauptmaschine beschränkt, sondern er gilt auch in gleichem Maße für den Fall der nur elektrisch gekuppelten Hintermaschine. Dies ist in Abb. 2 dargestellt, wo I und II wieder dieselbe Bedeutung haben wie in Abb. 1. III stellt jedoch in diesem Bilde eine Hilfsmaschine, nicht die eigentliche Hintermaschine dar. Genügen die drei Maschinen I, II, III der Drehungsfrequenzenbedingung, so kommt am Kommutator der Maschine III die Schlupffrequenz zum Vorschein. Diese wird der Drehfeldmaschine IV zugeleitet, die von der Maschine VI mit be- lao liebiger Frequenz angetrieben wird. Im hochfrequenten Teil dieser Maschine erscheint

diese Frequenz wieder vermehrt oder vermindert um die zugeführte Schlupf frequenz. In der auf gleicher Welle sitzenden eigentlichen Hintermaschine V subtrahiert sich davon wieder die Drehungsfrequenz, so daß die Schlupffrequenz an ihrem Kommutator richtig erscheint. IV, V und VI haben hierbei, wie bei den bisher bekannten Anordnungen, gleiche Drehungsfrequenzen, während dies für I, II und III nicht zutrifft. Man kann natürlich die Maschinen III und IV miteinander vertauschen, wobei dann I, II und IV die Drehungsfrequenzenbedingung zu erfüllen haben, ohne daß sich an der Wirkungsweise etwas ändert.

In Abb. 3 ist noch eine synchrone elektrisch gekuppelte Anordnung dargestellt. Die von einem i6²/₃periodigen Netz gespeiste Hauptmaschine I hat wieder die Polpaarzahl ι und demnach die Drehüngsfrequenz i5²/₃. Die Maschine II mit p_lt — 2 und f₂ = 31¹J₃ Hertz liegt auf der einen Seite am Netz und liefert auf der anderen Seite die Frequenz f_a = f_±-\- f_I{ = 48 Hertz, die hier im Gegensatz zu früher nicht Erregerfrequenz der Hintermaschine V, sondern deren Drehungsfrequenz ist, da mit ihr die synchrone Antriebsmaschine IV gespeist wird. IV und V besitzen hierbei wieder gleiche Drehungsfrequenzen. Die Erregung von V erfolgt mit der Drehungsfrequenz fm, die in diesem Falle, da III eine Synchronmaschine mit pm = 3 ist, 47 Hertz beträgt. Auch hier ändert sich im Prinzip nichts, wenn man die Maschine V mit /₃ erregt und die Maschine IV" mit //// speist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung, die die Verwendung normaler läufererregter Kommutatorhintermaschinen für 50 Hertz bei Kaskaden mit drei in starrem Drehzahlverhältnis stehenden Maschinen in Netzen anormaler Frequenz, insbesondere 16²/₃periodigen Eisenbahnnetzen gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Wahl der Polpaarzahl die Drehungsfrequenz, d. h. das Produkt aus Polpaarzahl und Drehzahl, einer der drei Maschinen gleich der Summe der Drehungsfrequenzen der beiden anderen Maschinen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen