DE603109C

DE603109C - Schaltanordnung zur Einfuehrung von Spannungen in Stromkreise mit veraenderlicher Frequenz

Info

Publication number: DE603109C
Application number: DEO16432D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1927-04-17
Filing date: 1927-04-17
Publication date: 1934-09-26

Description

Das Hauptpatent betrifft eine Schaltanordnung zur Einführung von Spannungen in Stromkreise mit veränderlicher Frequenz, die dem Strom und der Frequenz im Stromkreise proportional sind. Die Erfindung· nach, dem Hauptpatent besteht darin, daß in den Stromkreis veränderlicher Frequenz die Ankerwicklung einer mit konstanter oder nicht stark veränderlicher Drehzahl angetriebenen, zweckmäßig mit einer Kompensationswicklung ausgerüsteten Kommutatormaschine und die Primärwicklung eines annähernd rückwirkungslosen Transformators (Stromspannungstransformator, insbesondere Drehtransformator) eingeschaltet sind und die Spannung der Sekundärwicklung des rückwirkungslosen Transformators der Erregerwicklung der Kommutatormaschine unmittelbar oder über Hilfskommutatormaschinen zugeführt ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung dieser Anordnung. Erfindungsgemäß ist diese Kommutatormaschine des Hauptpatentes die in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschaltete Kommutatorhintermaschme, und der rückwirkungslose Transformator ist mit seiner Primärwicklung in den Sekundärstromkreis dieser Asynchronmaschine eingeschaltet, während seine Sekundärwicklung die Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine unmittelbar oder über Hilfskommutatormaschinen speist.

Abb. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Als Kommutatormaschine dient die mit der Hauptmaschine 1 gekuppelte Kommutatorhintermaschine 2. Durch den praktisch rückwirkungslosen Kopplungstransformator 7 wird im Erregerstromkreis III der Kommutatormaschine eine Spannung eingeführt, die zu der gewünschten Komponente des Erregerstromes führt. Diese der Schlupfperiodenzahl proportionale Stromkomponente hat die Aufgabe, in der Kommutatormaschine eine Spannung der Drehung zu erzeugen, die die gewünschte Größe und Phase besitzt.

Ea ist möglich, den Verlauf der Wirk- und Blindkomponente dtes Primärstromes der Asynchronmaschine zu regeln und in Abhängigkeit von der Schlüpfung beliebig zu gestalten, wenn die Kommutatorhintermaschine mit konstanter Drehzahl angetrieben wird und eine einstellbare Spannung zur Verfügung steht, die der Leerlaufschlupfspannung der Hauptmaschine proportional ist. Diese Spannung wird bei der Schaltung der Abb. 1 durch eine passend¹ angetriebene, möglichst rückwirkungslose Asynchronmaschine 6 erzeugt. Die Primärwicklung dieser Maschine wird von einem regelbaren Transformator 9 gespeist, der am gleichen Netz wie die Haupt-

maschine liegt. In der Sekundärwicklung der asynchronen Maschine wird eine Spannung induziert, die sich von der Leerlaufschlupfspannung nur durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators 9 unterscheidet. Dagegen ist die Bedingung konstanter Drehzahl der Kommutatorhintermaschine nicht erfüllt, was zur Folge hat, daß der Primärstrom der Asynchronmaschine nur annähernd seiner vorgeschriebenen Abhängigkeit vom Schlupf folgt. Die Hauptursache für die nicht vollkommene Lösung liegt in einem Störungsglied, das dem Quadrat des Schlupfes der Leerlaufspannung proportional ist. Dieses '5 Störungsglied' läßt sich dadurch beseitigen, daß man im Erregerstromkreis III der Kommutatormaschine 2 eine Gegenspannung passender Größe einführt. Eine solche Spannung kann im Stromkreise III durch einen praktisch rückwirkungslosen Transformtaor 8 eingeführt werden, wenn man dafür sorgt, daß die Primärwicklung dieses Transformators von einem Strom durchflossen wird, der der Schlupfspannung proportional ist. Dieser Strom rührt bei der Schaltung der Abb. 1 von einer zweiten Wicklung der praktisch rückwirkungslosen Maschine 6 her. Um Proportionalität zwischen Spannung und Strom im Stromkreise IV zu gewinnen, muß der Blindwiderstand dieses Stromkreises kompensiert werden. Dies geschieht beim Schaltbild der Abb. 1 beispielsweise durch den Phasenkompensator 10. Der Phasenkompensator wird durch einen Drehstrommotor 4, der mit einer Spannung (z. B. Schleifringspannung der Hauptmaschine) der Schlupffrequenz (v_o-v) gespeist wird, angetrieben. Durch diese Maßnahme werden der Strom im Stromkreise IV der Schlupfspannung der Hauptmaschine und die sekundäre Spannung des Transformators 8 dem Quadrat ihres Schlupfes proportional.. Im Erregerstromkreise III der Kommutatormaschine 2 sind also die folgenden Spannungen eingeführt. Zunächst die konstante, jedoch regelbare Spannung des Frequenzumformers 5, dann die vom Sekundärstrom der Hauptmaschine herrührende Spannung der Wechselinduktion des Transformators 7, ferner die Spannung der asynchronen Maschine 6 und schließlich die Spannung der Wechselinduktion des Transformators 8. Schließlich ist im Erregerstromkreis III ein Phasenkompensator 3 eingeschaltet, der die Aufgabe hat, den Blindwiderstand des Stromkreises III zu kompensieren.

Durch diese Maßnahme, d. h. durch die Einführung einer Spannung, die dem Quadrat des Schlupfes der Leerlaufspannung proportional ist, gelingt es tatsächlich, das Hauptstörungsglied zu beseitigen, so daß der Primärstrom der asynchronen Hauptmaschine die vorgeschriebene Abhängigkeit vom Schlupf annimmt.

In derselben Weise wäre es möglich, auch das zweitgrößte Störungsglied¹, das dem Quadrat des Schlupfes des Sekundärstromes proportional ist, zu entfernen. Man müßte einen dritten rückwirkungslosen Transformator anordnen^ und die Primärwicklung desselben durch einen solchen Strom speisen, der diesem Wert proportional ist. Eine derartige Spannung ist die Sekundärspannung des Transformators 7. Man müßte also die Primärwicklung des neuen rückwirkungslosen Transformators nach Kompensierung der Induktivität dieses Stromkreises an die Sekundärspannung des Transformators 7 legen und den Sekundärstromkreis des neuen Transformators in den Erregerstromkreis III einführen.

Die Schaltung der Abb. 1 hat den Nachteil, sehr große Transformatoren (7, 8 und 9) und sehr große Hilfsmaschinen (3, 6 und 10) zu bedingen, weil die genannten Transformatoren und Maschinen auf den Erregerstromkreis der verhältnismäßig großen Kommutatorhintermaschine arbeiten. Eine ganz bedeutende Verkleinerung der nötigen Kopplungstransformatoren und Hilfsmaschinen läßt sich erreichen, wenn man die genannten Transformatoren und Maschinen auf den Erregerstromkreis einer mit konstanter oder annähernd konstanter Drehzahl angetriebenen Kommutatormaschine wirken läßt und die Kommutatormaschine in den Erregerstromkreis der Kornmutatorhintermaschine einschaltet. Dieser Fall ist in Abb. 2 gezeichnet. Im Stromkreis'III ist an Stelle des Phasenkompensators 3 der Abb. 1 die viel kleinere, schnell laufende Kommutatormaschine 3' eingeschaltet.

Auf den Erregerstromkreis IV der Kommutatormaschine 3" arbeiten die Kopplungstransformatoren 8 und¹ 7 und die Sekundärwicklung der praktisch rückwirkungslosen asynchronen Maschine 6. Der Blindwiderstand dieses Stromkreises wird durch eine passend angetriebene asynchrone Maschine 12, deren Sekundärwicklung durch Kondensatoren 13 belastet ist, kompensiert. An Stelle der Kondensatormaschine 12 könnte auch irgendein anderes Mittel, z. B. ein Phasenkompensator wie in Abb. 1 oder ein passender Widerstand (14), treten. . Die Schaltung der Abb. 2 hat den weiteren sehr wesentlichen Vorteil, daß es möglich ist, das gewünschte schlupf abhang! ge Verhalten der Hauptmaschine so genau zu erreichen, als ob die Kommutatorhintermaschine 2 mit konstanter Drehzahl umliefe.

An Stelle der praktisch rückwirkungslosen asynchronen Maschine 6 kann auch eine

Hilfswicklung im Läufer den Hauptmaschine treten. Dieser Fall ist in Abb. 3 gezeichnet. Der Transformator 15 hat die Aufgabe, die Hilfsspannung von Störungsgliedern zu befreien, während durch den Transformator 9 die ausgeglichene Hilfsspannung auf den gewünschten Wert gebracht wird. Im übrigen deckt sichi die Schaltung der Abb. 3 mit jener der Abb. 2.

Eine weitere wesentliche Verkleinerung der Transformatoren 7, 8 und 9 und der asynchronen Maschinell 6 und 12 läßt sich nach Abb. 4 durch Anordnung einet weiteren Kommutatormaschine 16 erreichen, die die Aufgabe hat, die Kommutatormaschine 3' zu erregen. Im Erregerstromkreis IV der Kommutatormaschine 16 sind dann vier der Schlüpfung proportionale Spannungen vorhanden. Die ersten drei, von praktisch rückwirkungslosen Kopplungstransformatoren herrührenden Spannungen sind proportional dem Sekundärstrom der Hauptmaschine bzw. dem Erregerstrom der Kommutatorhintermaschine bzw. dem Erregerstrom der im Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine befindlichem Kommutatormaschine. Die vierte rührt von der praktisch rückwirkungslosen, passend angetriebenen asynchronen Maschine 6 her, deren Primärspannuiig durch einen Stufentransformator 9 geregelt werden kann. Der Blindwiderstand des Erregerstromkreises IV wird auch hier so kompensiert wie bei den Abb. 2 und 3. Es ist selbstverständlich, daß an Stelle der Kondensatormaschine 12 auch irgendein anderes Mittel (z. B. Ohmscher Widerstand, Phasenkompensator usw.) treten könnte, um dem Stromkreise die Induktivität zu nehmen. Bei den Schaltungen sämtlicher Abbildungen ist angenommen worden, daß die Spannung des Frequenzumformers S in den Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine eingeführt wird, indessen ist es möglich, die Spannung auch in andere Stromkreise, z. B. in den Stromkreis V der Abb. 4 oder in den Sekundärstromkreis der Hauptmaschine, einzuführen. Im ersteren Falle würde der Frequenzumformer eine wesentliche Verkleinerung, im letzteren eine wesentliche Vergrößerung erfahren.

Bei sämtlichen Schaltungen ist es auch möglich, die Hilfskommutatormaschine durch die Welle der Hauptmaschine anzutreiben, alsoiauf die konstante Drehzahl zu verzichten. Will man in diesem Falle das angestrebte Ziel hinsichtlich des drehzahlabhängigen Verhaltens der Hauptmaschine erreichen, so sind außer den bei konstanter Drehzahl der Kommutatormaschine erforderlichen Kopplungstransformatoren auch solche erforderlich, die dem Quadrate des Schlupfes von Strom und Spannung proportionale Spannungen erzeugen. Die dabei zu treffenden Schaltungen sind die bereits oben beschriebenen.

Claims

Patentansprüche:

i. Schaltanordnung zur Einführung von. Spannungen in Stromkreise mit veränderlicher Frequenz, derart, daß gemäß Patent 512 047 in den Stromkreis veränderlicher Frequenz die Ankerwicklung einer mit konstanter oder nicht stark veränderlicher Drehzahl angetriebenen Kommutatormaschine und die Primärwicklung eines Transformators eingeschaltet sind und die Spannung der Sekundärwicklung des Transformators der Erregerwicklung der Kommutatormaschine zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatormaschine die in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschaltete Kommutatorhintermaschine (2) ist, während der Transformator (7) mit seiner Primärwicklung in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine eingeschaltet ist und mit seiner Sekundärwicklung die Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine entweder unmittelbar oder über liilfskommutatormäschinen speist. go
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorhintermaschine von der Welle der Hauptmaschine angetrieben wird.
3. Schaltanordnung nach Anspruch! 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Leerlaufschlupfspannung proportionale Spannung durch eine durch! die Hauptmaschine passend angetriebene, praktisch rückwirkungslose asynchrone Maschine, deren too Primärspannung regelbar ist oder sein kann, gewonnen wird.
4. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch' gekennzeichnet, daß die der Leerlaufschlupfspannung proportionale Spannung durch Reihenschaltung einer Hilfswicklung im Läufer der Hauptmaschine und eines praktisch rückwirkungslosen, vom Sekundärstrom der Hauptmaschine durchflossenen Koppjungstransformators gewonnen wird.
5. Schaltanordnung nach Anspruch 1 mit von der Hauptmaschine angetriebener Kommutatorhintermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß außer -den bei konstanter Drehzahl der Kommutatormaschine erforderlichen Kopplungstransformatoren auch solche Kopplungstransformatoren angeordnet werden, deren Primärwicklungen von der ScMupfSpammng bzw. dem Schlupfstrom proportionalen Strömen durchflossen werden, während deren

Sekundärwicklungen in den Erregerstromkreis derKommutatorhintermaschine eingeschaltet sind.
6. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Erregerstromkreis derKommutatorhintermaschine eine mit konstanter oder nahezu konstanter Drehzahl angetriebene Kommutatormaschine eingeschaltet ist, deren Erregerstromkreis drei Spannungen der Wechselinduktion zugeführt werden, die sämtlich der Schlüpfung proportional sind und von welchen die erste vom Sekundärstrom der Hauptmaschine, die zweite vom Erregerstrom, der Kommutatorhintermaschine und die dritte von der Netzspannung herrührt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen