DE616793C - Anordnung zur Frequenzumformung durch einen asynchronen Frequenzwandler - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
5. AUGUST 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d ² GRUPPE 14oi

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. November 1932 ab

Elektrische Antriebe verlangen gelegentlich eine konstante, vom Normalwert nur wenig abweichende Frequenz. So wird für einen gesicherten synchronen Lauf von Ton- und BiIdfilmapparaturen vorteilhaft Wechselstrom verwendet; die Frequenz des Wechselstromes muß dabei zweckmäßig im ganzzahligen Verhältnis zur sekundlichen Bildwechselzahl stehen. Diese Bedingung wird für eine BiIdwechselzahl von 24 erfüllt, wenn die Frequenz des Wechselstromes 48 Hz beträgt. Für die Frequenzwandlung kann man in bekannter Weise Drehstromasynchronwandler benutzen; dem Läufer wird eine derartige Drehzahl erteilt, daß an den Schleifringen die gewünschte Frequenz von 48 Hz entsteht. Wenn die gewünschte Frequenz genau einzuhalten ist, müssen die Frequenzschwankungen des Primärnetzes (50 Hz) berücksichtigt werden,

ao d.h. die Drehzahl des Läufers muß je nach den Frequenzschwankungen des Primärnetzes, geändert werden. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe in besonders einfacher und leicht zu handhabender Weise bei einem Mindestaufwand an Zusatzeinrichtungen. Erfindungsgemäß wird die Drehzahl des asynchronen Frequenzwandlers durch eine mit diesem gekuppelte Gleichstromhilfsmaschine aufrechterhalten. Das Neue an dieser Frequenzumformeranordnung besteht darin, daß bei jeder Frequenzänderung auf das Feld oder im Falle der Frequenzerniedrigung auf einen Belastungswiderstand des Ankerkreises der Gleichstromhilfsmaschine ein von der Sekundärfrequenz beeinflußter Regler derart einwirkt, daß die Drehzahl des Umformersatzes bei jeder Einstellung konstant bleibt.

Es ist eine Regelanordnung bekanntgeworden, bei welcher der Läufer des Freqüenzwandlers durch eine in Kurzschlußbremsschaltung liegende Gleichstromdynamo abgebremst wird. Wenn beispielsweise die Drehzahl des Frequenzumformers über den eingestellten Wert steigt, dann steigt die Drehzahl der mit dem Umformer gekuppelten Bremsdynamo und erhöht damit deren Spannung. Durch den wachsenden Kurzschlußbremsstrom wird das Bremsmoment erhöht, so daß die Drehzahl nicht so weit ansteigen kann, wie es der Falle wäre, wenn die Bremsdynamo ein konstantes, d. h. von der Drehzahl unabhängiges Bremsmoment ausüben würde. Die Drehzahl stellt sich vielmehr jeweils auf einen Zwischenwert ein. Bei der bekannten Anordnung muß also zur Herstellung des Gleichgewichtes bei einer Belastungsänderung am Sekundärnetz des Frequenzwandlers eine erhebliche Geschwindigkeitsänderung einsetzen, damit überhaupt eine Regelwirkung ausgelöst wird.

Eine bedeutend genauere Regelung wird durch die vorliegende Erfindung erzielt, welche von der Erkenntnis ausgeht, daß die

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

DipL'Ing. Heinrich Langrehr in Berlin-Nikolassee.

Bremsspannung nicht nur proportional der Drehzahl der Bremsdynamo, sondern auch proportional dem Feld der letzteren ist. Vermöge der erfindungsgemäßen Verwendung der Feldregelung zur Konstanthaltung der Drehzahl des Maschinensatzes hat bereits 'eine äußerst geringe Drehzahländerung eine erhebliche Spannungsänderung an der Bremsdynamo zur Folge. Die Spannung ändert sich nicht wie bei der bekannten Anordnung nur proportional zur Drehzahl, sondern je nach der Einstellung des Feldreglers in einem beliebig starkem Maße.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Hierin bedeutet 1 das speisende Drehstromnetz (50 Hz), 2 die als Frequenzumformer dienende Asynchronmaschine, an deren Schleifringen 3 die Verbraucher 4 anzuschließen sind, welche die Frequenz von zo beispielsweise 48 Hz benötigen. Der Schlupf der Drehstrommaschine muß für das gewählte Beispiel 960/0 betragen, wenn die Primärfrequenz' genau 50 Hz ist. Bei eimer Nenndrehzahl der Maschine von 1500 U/min muß also der Läufer mit 60 Umdrehungen im Sinne des Drehfeldes umlaufen, bei 49 Hz Primärfrequenz dagegen nur mit 30 U/min. Die jeweils richtige Drehzahl wird mit Hilfe der Gleichstrommaschine 6 eingestellt, welche zweckmäßig über ein Übersetzungsgetriebe 5 mit dem Frequenzwandler 2 gekuppelt ist. Die Leistung dieser Maschine und damit die im gewählten Beispiel erforderliche · Bremswirkung muß so groß sein, daß die Sekundärfrequenz konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck ist ein aus dem Sekundärnetz durch Synchronmotor 7 angetriebener Fliehkraftregler 8, beispielsweise der bekannte Dornig-Regler, vorgesehen, welcher den Erregerstrom. der Maschine 6 beeinflußt. Die Einrichtung wirkt folgendermaßen:

Für einen gegebenen Belastungszustand der Verbraucher 4 sei die Sekundärfrequenz auf dem Sollwert. Bei Zunahme der Belastung versucht der Frequenzumformer die Drehzahl zu erhöhen, infolgedessen geht die Sekundärfrequenz zurück. Hierdurch ändert sich auch das Taktverhältnis des Fliehkraftreglers 8, so daß auch die Erregung der beispielsweise als Generator wirkenden Gleichstromhilfsmaschine 6 geändert, im betrachteten Beispiel verstärkt wird. Die auf den Läufer des Frequenzwandlers ausgeübte Bremskraft steigt, die Läuferdrehzahl wird wieder vermindert bis zu dem Wert,, welcher der Sollfrequenz von 48 Hz entspricht. Naturgemäß enthält die Regelung, wie fast alle derartigen Einrichtungen, eine gewisse Statik, d. h. jedem Belastungszustand ist eine um einen geringen Betrag vom Sollwert abweichende Frequenz zugeordnet, indessen sind diese Abweichungen so gering, daß sie praktisch zugelassen werden können. Das Übersetzungsgetriebe 5 hat den Zweck, die verhältnismäßig kleine Drehzahl des Läufers für den Bremsgemerator 6 ins schnelle zu übersetzen, damit die Maschine 6 kleine Abmessung erhält.

Die Größenverhältnisse dieser Einrichtung ergeben sich aus folgender Überlegung: Der Sekundärverbrauch im Zweige 4 möge bei 48 Hz beispielsweise 2 kW betragen; als Frequenzumformer wird ein Drehstrommotor von 3 kW gewählt. Bei einer Sekundärbelastung von 2 kW beträgt die elektrische Leistung des Läufers ²/₃ der normalen Leistung der Maschine, aber bei nur 40/0 der normalen Drehzahl. Die erforderliche Bremsleistung errechnet sich aus der Gleichung, welche das Verhältnis der elektrischen Leistung zur mechanischen Leistung angibt: Mech. Leistung: elektr. Leistung = (L — s) :s; hierin ist s der Schlupf. Da dieser 0,96 beträgt, ergibt sich die mechanische Leistung zu 2000 Watt · ⁰^

⁵ 0,9t)

= 80 Watt. Die Größe der Steuereinrichtung beträgt also nur wenige Prozent der umgeformten Leistung.

Falls die Sekundärlast in 4 auf null zurückginge, wäre der Läuferstromkreis 3 offen und damit der zur Entwicklung eines Drehmomentes erforderliche Läuferstrom unterbrochen. Dies wird durch eine dauernd eingeschaltete Hilfslast 9 verhindert, welche einen solchen (Leerlauf-) Strom aufnimmt, daß der Läufer bei Leerlauf des Netzes 4 mit der dieser Last entsprechenden Schlupf drehzahl umläuft. Diese Dauerlast beträgt gleichfalls nur wenige Prozent der Nennleistung des Frequenzwandlers. Bei einem Kurzschluß im Sekundärnetz 4 hat der Läufer das Bestreben, die normale Drehzahl anzunehmen. Hierdurch würde der Bremsgenerator 6, da er über eine Übersetzung angeschlossen ist, gefährdet werden. Zwecks Abhilfe ist das Sekundärnetz 4 über einen Überstromschutz 10 an die Schleifringe 3 anzuschließen. . Bemerkt sei weiter, daß der Fliehkraftregler 8 nicht unbedingt den Erregerstrom der Hilfsmascbine 6 zu beeinflussen braucht, er kann in gleicher Weise den B elastungs wider stand des Anker strom- no kreises verändern. Indessen bietet das erstere Verfahren den Vorteil, daß nur verhältnismäßig kleine Ströme vom Regler zu beeinflussen sind.

Das Verfahren ist nicht nur auf Einrichtungen zur Herabsetzung der vorhandenen Frequenz anwendbar, man kann, in gleich einfacher Weise die Frequenz erhöhen. In diesem Fall arbeitet die Hilfsmaschine 6 als Motor. Sie kann die benötigte Energie aus einer Batterie, aus einem an das Wechselstromnetz angeschlossenen Gleichrichter o.a.

beziehen. Diese Zusatzleistung ist von gleicher Größenordnung wie die oben errechnete Bremsleistung.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Anordnung zur Frequenzumformung durch einen asynchronen Frequenzwandler, dessen Drehzahl durch eine mit diesem gekuppelte Gleichstromhilfsmaschine aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Frequenzänderung auf das Feld oder im Falle der Frequenzerniedrigung auf einen Belastungswiderstand des Ankerkreises der Gleichstromhilfsmaschine ein von der Sekundärfrequenz beeinflußter Regler derart einwirkt, daß die Drehzahl des Umformersatzes bei jeder Einstellung konstant bleibt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler ein proportional mit der Sekundärfrequenz angetriebener Fliehkraftkontaktregler (Dornig-Regler) dient.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen