DE622232C - Umlaufender Frequenz- und Phasenzahlumformer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf umlaufende Umformer, welche geeignet sind, Einphasenstrom in Drei- bzw. Vielphasenstrom von der doppelten Frequenz oder aber Drei- bzw. Vielphasenstrom in Einphasenstrom von der halben Frequenz umzuformen.

In den zu diesen Zwecken verwendeten bisherigen Motorgeneratoren sind der Antriebsmotor und auch der Stromerzeuger für die volle übertragene Leistung zu bemessen.

Im Gegensatz hierzu wird beim den Gegenstand der Erfindung bildenden Umformer die eine Hälfte der Leistung von der primären Stromquelle unmittelbar elektrisch und die andere Hälfte durch einen antreibenden Synchronmotor in der Form von mechanischer Energie übertragen, wodurch es ermöglicht wird, den Antriebsmotor nur für die Hälfte der übertragenen Leistung zu bemessen.

Die grundlegende Schaltungsanordnung des Erfindungsgegenstandes wird in Abb. 1 gezeigt. In Abb. 2a bis 2c und 3a bis 3c sind verschiedene Wicklungsarten, und Verbindungen des Umformerständers ersichtlich, und in den Abb. 4 und 5 sind schließlich solche Ausführungsformen dargestellt, bei welchen die Ständer des Motors und des Stromerzeugers miteinander vermittels eines regelnden Hilfsstromkreises elektrisch verbunden sind.

Gemäß Abb. 1 besteht der Umformersatz aus dem Synchronmotor M, dem eigentlichen Umformer U und der mechanischen Verbindung K zwischen den Wellen derselben. Der Synchronmotor M besitzt das normale gleichstromerregte Magnetradi? und die bei den An-Schlüssen fund h an das speisende Einphasennetz G angeschlossene einphasige Wicklung S, wogegen die Ständernuten des mit R gleichpoligen Umformers U die bei den Anschlüssen α und b an das Netz G angeschlossene einphasige Wicklung^ und die zu dieser letzteren elektrisch genau oder angenähert unter 90 ° stehende, kurzgeschlossene Wicklung B tragen. Die Wicklungen A₁ B werden im nachstehenden der Kürze halber als primärer Teil genannt. Der aus Blechlamellen aufgebaute Läufer des Umformers trägt die im nachstehenden als sekundären Teil genannte viel bzw. beispielshalber zu den Schleifringbürsten e, f und g geführte dreiphasige Wicklung C.

Die Wirkungsweise des Umformers kann in der folgenden Weise vorgestellt werden.

Dreht sich der sekundäre Teil mit der durch die Frequenz des einphasigen Netz-Stromes und durch die Polzahl bestimmten Synchrongeschwindigkeit, so hat die belastete sekundäre Wicklung C das Bestreben, ein so-

genanntes Querfeld zu erzeugen. Der Entstehung des Querfeldes, wird jedoch durch die kurzgeschlossene und gleichfalls in der Querrichtung wirkende Wicklung B des primären Teiles entgegengewirkt, wodurch das im Umformer U entstehende einphasige pulsierende Feld bzw. die dasselbe ersetzenden zwei gegenläufigen Drehfeldvektoren praktisch unverändert bleiben.

i°" Mit Rücksicht auf den Umstand, daß der sekundäre Teil die synchrone Umlaufzahl besitzt, wird der sich mit dem Läufer gleich- - sinnig drehende Drehfeldvektor von den Leitern des sekundären Teiles nicht geschnitten, dagegen wird durch den anderen, sich entgegen dem Drehsinn des Läufers drehenden Drehfeldvektor der erwähnte vielphasige Strom von der doppelten Frequenz induziert, dessen Phasenzahl von der Phasenzahl des' sekundären Teiles abhängig ist.

In' den Abb. 2a bis 2c sind drei Ausführungsformen ersichtlich, in welchen für den Strom erzeugenden bzw. umformenden Teil U ' normale- dreiphasig gewickelte Ständer gebraucht werden. A' und A" bezeichnen in jedem Falle zwei mit dem umzuformenden Einphasenstrom gespeiste Wicklungen der dreiphasigen Wicklung; die die dritte Phase der dreiphasigen Wicklung ersetzende Wicklung B ist in Abb. 2 a und 2 b kurzgeschlossen, und die Wicklungen^', A" sind in Abb. 2a hintereinander, in Abb. 2 b parallel geschaltet. Hierbei mögen A' und A" in bezug aufeinander so gewickelt sein, daß der Vektor ihrer resultierenden Amperewindungen zu dem von B senkrecht steht. In Abb. 2 c sind die Wicklungen^' und A" in der Weise hintereinandergeschaltet, daß die letztere Wicklung in Reihe mit der dritten Phasenwicklung B den in den Fällen Abb. 2a und 2b dem Stromkreis der Wicklung B allein entsprechenden kurzgeschlossenen besonderen Stromkreis bildet, wodurch A' und A", welche letztere mit A' in Reihe, mit B jedoch parallel am Netz liegt, zufolge der Phasenverschiedenheit der sie bildenden AW-Vektoren verschiedene Phasen erhalten. Der sekundäre Teil C ist dem der Abb. ι vollkommen gleich.

An Abb. 3a bis 3c sind andere drei Ausführungsformen gezeigt, in welchen die Anschlüsse c und d der Ständerwicklung B nicht kurzgeschlossen, sondern über den induktiven, ohmischen oder kapazitiven Widerstand D₁E bzw. F geschlossen werden, dessen Wert konstant oder zwecks Regelung der Spannung des sekundären Teiles auch veränderbar sein kann. Der sekundäre Teil C ist auch in diesen Fällen derselbe wie in Abb. 1.

Bei den Ausführungsformen gemäß Abb. 4 und 5 ist die Wicklung A des Umformers mit der Wicklung J? des Motors zu einem gemeinsamen Stromkreis vereinigt, und zwar sind dieselben gemäß Abb. 4 entweder unmittelbar oder gemäß Abb. 5 über einen Transformator T an die Punkte a-h des Einphäsennetzes angeschlossen. Wie aus Abb. 4 ersichtlich ist, wird eine jede der hintereinandergeschalteten Wicklungen A und S mit je einer Hilfswicklung A₁₁ bzw. S_m zusammengewickelt, welche in bezug aufeinander in einem besonderen Stromkreis auf die Weise hintereinandergeschaltet sind, daß der in demselben induzierte Strom die Erregung der Wicklung^ unterstützt. Gemäß Abb. 5 wird ein mittlerer Punkt p der sekundären Wicklung des Transformators T durch die Drosselspule W mit einem zwischen den Wicklungen,·^ und 6* liegenden Punkt q verbunden.

Denkt m.an sich den durch die Wicklungen A_a und S_m gebildeten besonderen Stromkreis in Abb. 4 oder die Abzweigung p, q in Abb. 5 fortgelassen, so unterscheiden sich die gemäß Abb. 4 und 5 bleibenden Anordnungen nur in der Anwendung des Transformators T der Anordnung gemäß Abb. 5, welchem bei dieser Verstellungsweise keine besondere Bedeutung für die Wirkungsweise zukommt. Die nach Weglassung des Stromkreises A_n-S_m bzw. der Abzweigung p, q bleibenden Anordnungen können· also- zusammengezogen besprachen werden.

Die erste durch diese Untersuchung festgestellte Tatsache ist, daß der ganze zwischen den Punkten a-h wirkende Spannungsabfall durch die Wicklungen A und 6¹ auf zwei Komponenten geteilt wird, deren Resultierende durch die Netzspannung unveränderlich bestimmt ist. Einer Änderung (Abnahme oder Zunahme) der einen Teilspannung muß demzufolge eine Änderung in entgegengesetztem Sinne (eine Zunahme bzw. Abnahme) der anderen Teilspannung entsprechen. Die eine dieser Teilspannungen, und zwar der auf dem Synchronmotor entfallende Anteil, kann aber durch die Änderung der Erregung des Magnetrades R in einfachster Weise geregelt werden, und hierdurch ist audh 'einie einfache Möglichkeit der Regelung der »Umformererregung bzw. dar Spannung¹ dies sekundären Stromes ge- no igeben.

Mit Rücksicht darauf, daß eine derartige Regelung sehr empfindlich wäre, ist es in den meisten praktischen Fällen erwünscht, die, untersuchten Anordnungen mit den zuerst fortgelassenen Teilen zu ergänzen. Sind dann die Teilspannungen zwischen A und 5¹ nicht mehr gleich, so muß in dem besonderen Stromkreis A_u-S_m der Abb. 4 bzw. in der Abzweigung p, q der Abb. 5 ein Ausgleichstrom fließen, welcher die außerordentliche Empfindlichkeit der Regelung entsprechend

der jeweiligen Bemessung auf den praktisch hinreichenden Grad herabsetzt.

Der Grad der Regelung selbst kann mit Hilfe bekannter Mittel, so z. B. mittels in den Hilfsstromkreis A_a-S_m (Abb. 4) eingeschalteter" ohmischer oder induktiver Widerstände oder durch Änderung der Lage des Punktes p (Abb. 5) usw. beeinflußt werden. Ständer und Läufer des Umformers gemäß der Erfindung können vertauscht werden, so daß der primäre Teil am Läufer angebracht und der sekundäre vielphasige Strom von der doppelten Frequenz von dem Ständer abgenommen wird.

In sämtlichen vorbesprochenen und in allen andern innerhalb des Rahmens der Erfindung liegenden Fällen kann die Richtung des Energieflusses während der Umformung umgekehrt werden, so daß z. B. die Hälfte der Energie des primär durch die Anschlüsse e, f, g zugeführten Stromes in das einphasige sekundäre Netz G durch die Netzanschlüsse·^ b unmittelbar elektrisch und die andere Hälfte derselben durch die mechanische Verbindung K bzw. durch die Netzanschlüsse i, h des Synchronmotors erst nach mechanischelektrischer Energieumformung abgegeben wird.

Demzufolge ist der Umformer gemäß der Erfindung auch geeignet, drei- oder vielphasigen Wechselstrom in einphasigem Wechselstrom von der halben Frequenz umzuformen.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Aus einem einphasigen Synchronmotor und einem vielphasigen Stromerzeuger bestehender umlaufender Um-. former zur Umformung von Einphasenstrom in Drei- bzw. Vielphasenstrom von doppelter Frequenz oder umgekehrt, gekennzeichnet durch eine im Primärteil des Stromerzeugers angebrachte, zu einem selbständigen Stromkreis gehörige induzierte Wicklung, deren Achse angenähert elektrisch senkrecht zur Achse der einphasigen Erregerwicklung des Strom-• erzeugers steht.
2. 2. Umformer gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die induzierte Wicklung kurzschließbar ist.
3. 3. Umformer gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in dem Stromkreis der induzierten Wicklung liegenden, zweckmäßig regelbaren ohmischen, induktiven oder kapazitiven Widerstand.
4. 4. Umformer gemäß den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dessen Strom erzeugender Teil einen dreiphasig bewickelten Ständer be- tjo sitzt, gekennzeichnet dadurch, daß eine der dreiphasigen Ständerwicklungen für sich selbst den selbständigen Stromkreis bildet, während die anderen zwei Phasenwicklungen an die speisende einphasige Stromquelle angeschlossen sind.
5. 5. Umformer gemäß Anspruch^, gekennzeichnet dadurch, daß die an die speisende Stromquelle angeschlossenen Phasenwicklungen zueinander parallel geschaltet sind.
6. 6. Umformer gemäß den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dessen Strom erzeugender Teil einen dreiphasig bewickelten Ständer besitzt, gekennzeichnet durch zwei in Reihenschaltung an die speisende Stromquelle angeschlossene Phasenwicklungen, deren eine mit der dritten Phasenwicklung einen besonderen Stromkreis bildet.
7. 7. Umformer gemäß den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einphasige Erregerwicklung des Stromerzeugers mit der einphasigen Wicklung des Snychronmotors in Reihe geschaltet ist.
8. 8. Umformer gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch zwei einen besonderen Stromkreis bildende Hilfswicklungen, deren eine in der Achse und im Blechpaket der Erregerwicklung des Strom- go erzeugers und deren andere in der Achse und im Blechpaket der Einphasenwicklung des Synchronmotors gelegen ist, wobei die Hilfswicklungen derart miteinander in Reihe geschaltet sind, daß der in denselben induzierte Strom die erregende Wirkung der Erregerwicklung des Stromerzeugers unterstützt.
9. 9. Umformer gemäß Anspruch 7, bei welchem die miteinander in Reihe geschalteten Wicklungen über einen einphasigen Transformator von der einphasigen Stromquelle gespeist werden, gekennzeichnet dadurch, daß ein zweckmäßig veränderbarer, mittlerer Punkt der Sekundärwicklung des Transformators mit dem Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Wicklungen verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen