DE646755C - Anordnung zur Speisung von Schlupffrequenz fuehrenden Erregerwicklungen von in Drehstromkaskaden eingeschalteten Kommutatormaschinen - Google Patents

Description

Bei der Speisung von Stromkreisen mit veränderlicher Frequenz und mit Selbstinduktion, und zwar bei der Speisung der Schlupffrequenz ' führenden Erregerwicklung von Kommutatormaschinen, die entweder unmittelbar oder mittelbar in den Sekundär— Stromkreis von Asynchronmaschinen eingeschaltet sind und für die Regelung der Drehzahl der Asynchronmaschine dienen, besteht bekanntlich das Problem, daß die Phase des Stromes in dem Stromkreis veränderlicher Frequenz gegenüber der zugeführten Spannung eine Änderung erfährt, wenn sich die Frequenz ändert. Dies ist insbesondere bei Kommutatorhintermaschinen sehr' unerwünscht, da dadurch der Regelvorgang gestört wird. Es ist bekannt, den Stromkreis veränderlicher Frequenz über einen Kommutatorfrequenzwandler von einem Stromkreis mit konstanter oder annähernd konstanter Frequenz (,Netzfrequenz bei den in der Drehzahl zu regelnden Asynchronmaschinen) zu speisen. Es ist auch bekannt, zur Unterdrückung der geschilderten Änderung der Phase des Stromes in den mit konstanter Frequenz arbeitenden Stromkreis des Frequenzwandlers eine Drosselspule einzuschalten, die derart groß bemessen ist, daß sie die Größe und Phase des Stromes in den beiden mit konstanter und mit veränderlicher Frequenz arbeitenden Stromkreisen des Frequenzwandlers vorschreibt. Um dabei die Größe dieses Stromes regeln zu können, hat man zwischen der Drosselspule und der speisenden Spannungsquelle einen regelbaren Spannungstransfor- mator eingeschaltet. Dieser Spannungstransformator fällt aber sehr groß aus. Es ist zu berücksichtigen, daß die Leistung (Scheinleistung) an der Drosselspule mit Rücksicht auf ihre Bemessung ein Mehrfaches der Leistung an den Schleifringen des Frequenzwandlers sein muß und daß der Spannungstransformator sowohl die Leistung der Drosselspule als auch die an den Schleifringen des Frequenzwandlers zu liefern hat.

Die.Erfindung betrifft eine Anordnung, die diesen Nachteil vermeidet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Speisung von Stromkreisen mit veränderlicher Frequenz und mit Selbstinduktion, die insbesondere die Schlupf frequenz führende Erregerwicklung von Kommutatorhintenmaschinen in Drehstromkaskaden darstellen. Es wird dabei ein den Stromkreis veränderlicher Frequenz allein oder mit anderen Stromquellen speisender unkompensierter Kommutatorfrequenzwandler von der Sekundärwicklung eines Stromtransformatofs gespeist, dessen Primärwicklung in Reihenschaltung mit einem Scheinwiderstand an die

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

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

speisende Stromquelle angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist der -Scheinwiderstand, dessen Scheinleistung ein Vielfaches der größten an den Stromkreis veränderlicher Frequenz abgegebenen Scheinleistung ist, mit einer in der wirksamen Windungszahl regelbaren Primärwicklung, des Stromtransformators in Reihe geschaltet, während der Kommutatorfrequenzwandler an eine gleichbleibende Windungszahl aufweisende Sekundärwicklung des Stromtransformators angeschlossen ist.

Bei dieser Regelung kann die Primärwicklung mit Anzapfungen versehen sein, auf denen ein Regelkontakt gleitet.

Die gewünschte Regelbarkeit kann aber auch in anderer an sich bekannter Weise erreicht werden, beispielsweise indem der Stromtransformator als Drehtransformator mit in der Größe regelbarer Spannung oder als Schubtransformator ausgebildet wird.

Wesentlich ist also bei der Anordnung nach der Erfindung, daß nicht die von dem Blindwiderstand aufgenommene Scheinleistung verändert wird, vielmehr wird die Änderung des Stromes, der der Erregerwicklung zugeleitet wird, dadurch erzielt, daß das Übersetzungsverhältnis des zwischen dem. Scheinwiderstand und dem Frequenzwandler eingeschalteten Stromtransformators geändert wird. Der Ersatz des vorstehend erwähnten Spannungstransformators durch den Stromtransformator nach der Erfindung hat noch den weitereu Vorteil, daß bei der Regelung der Drehzahl der Asynchronmaschine gerade in dem besonders gefährlichen Bereich in der Xähe des Synchronismus die Leistung des Stromtransformators (entsprechend der Leistung des Kommutatorfrequenzwandlers) sehr klein wird, so daß die Phasenlage des Stromes durch die Drosselspule dann besonders sicher beherrscht wird.

Die Drosselspule kann nunmehr direkt an die Stromquelle mit konstanter Frequenz (das Netz) angeschlossen werden, auch wenn diese mit Hochspannung arbeitet, da an der Drosselspule keine Regelung vorgenommen zu werden braucht. Legt man dabei Wert darauf, daß der regelbare Stromtransformator nicht mit der Hochspannung in Berührung kommt, um die Bedienung nicht zu gefährden, so kann man zwischen den regelbaren Stromtransformator und die Drosselspule noch einen zweiten nicht regelbaren Stromtransformator einschalten.

Bei der Drehzahlregelung von Asynchronmaschinen ist es erwünscht, daß außer der Leerlaufsdrehzahl auch noch die Phasenkompensierung der Asynchronmaschine beeinflußt wird. Außerdem soll die Abhängigkeit der Drehzahl von der Belastung der Asynchronmaschine bestimmte Werte besitzen, und diese Werte sollen auch einstellbar sein (Kompoundierung). Sofern die für die Phasenkompensierung und Kompoundierung erforderlichen •Spannungen über den Frequenzwandler der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine zugeführt werden, kann man außer dem geschilderten Stromtransformator noch zwei weitere Stromtransformatoren vorsehen, deren Primärwicklungen an entsprechende Stromquellen angeschlossen sind, während die Sekundärwicklungen der drei Stromtransformatoren in Parallelschaltung den Frequenzwandler speisen. Stromtransformatoren gestatten bekanntlich eine weitgehende Überlagerung ihrer Sekundärströme in Parallelschaltung in einem angeschlossenen Stromverbraxicher, wenn nur dafür gesorgt ist, daß die durch den Stromverbraucher vorgeschriebene Spannung von der Primärseite des Stromtransformators gedeckt wird. Dies ist aber stets der Fall, wenn die Primärwicklungen mit großen Stromverbrauchern in Reihe geschaltet sind.

Der in den Stromkreis mit konstanter Frequenz eingeschaltete Scheinwiderstand kann entweder induktiven oder kapazitiven oder auch Ohmschen Charakter oder Ohmschen und induktiven bzw. kapazitiven Charakter aufweisen. Im allgemeinen wird sich eine Drosselspule für den Scheinwiderstand am besten eignen. Man könnte aber auch eine Kondensatorbatterie dafür verwenden, wobei dann der Vorteil der Entlastung des Netzes von induktiver Blindleistung eintritt. Unter Umständen, wenn der Energieverbrauch keine Rolle spielt, kann man auch Ohmsche Widerstände oder deren Äquivalente für den Scheinwiderstand verwenden.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. 1 bezeichnet eine in der Drehzahl zu regelnde Asynchronmaschine, die von einem Netz 2 gespeist wird. Mit der Asynchronmaschine ist die Kommutatorhinterniaschine 3 gekuppelt, die in bekannter Weise die Schlupfleistung der Hauptmaschine verarbeitet und vom Ständer aus erregt wird. Die Erregung besorgt der Frequenzwandler 4, der ebenfalls mit der Hauptwelle gekuppelt ist und keine Kompensationswicklung besitzt. Für die Erregung der Schleifringe des Frequenzwandlers ist zunächst die Drosselspule 5 vorgesehen. Sie wird so groß gewählt, daß auch im äußersten Regelbereich ihre Leistung ein Vielfaches der Leistung des Frequenzwandlers ist. Damit wird erreicht, daß der von der Drosselspule in den Schleifringkreis des Frequenzwandlers gelieferte Strom von der Span- iao nung des Frequenzwandlers praktisch unabhängig wird. L^Tm die Drosselspule 5 direkt

an Hochspannung anschließen zu können, ist ein Zwischenwandler 6 vorgesehen. Die Sekundärwicklung dieses Wandlers speist zunächst die Primärwicklung des Stromwandlers 7, der zur Beeinflussung der Drehzahl des Regelsatzes vorgesehen ist. Denn die Vektorlage des über den Frequenzwandler 4 in den Erregerkreis eingeführten Stromes ist durch die Drosselspule 5 vorgeschrieben. Die hierzu notwendige Spannung stellt sich am Frequenzwandler selbsttätig dadurch ein, daß sich die gesamte Netzspannung auf Drosselspule und Frequenzwandler verteilt. Da jedoch der von der Drosselspule verzehrte Anteil ein Vielfaches des auf den Frequenzwandler entfallenden Teiles ist, so ist es klar, daß Änderungen der Frequenzwandlerspannung Größe und Phase des in den Erregerkreis gelieferten Stromes praktisch nicht beeinflussen können. Ist also die Bürstenbrücke des Fre- «quenzwandlers 4 richtig eingestellt, so wird der von der Sekundärwicklung des Drehzahlwandlers 7 gelieferte Strom stets die Drehzahl des Regelsatzes beeinflussen. Denn die Spannung der Kommutatorhintermaschine 3 ist als Rotationsspannung stets in Phase mit dem Erregerstrom. Die jeweilige Grpße des Drehzahlerregerstromes kann durch Anzapfungen auf der Primärseite des Drehzahlwandlers 7 mit Hilfe eines Stufenschalters 8 bewirkt werden. Man gewinnt dadurch den Vorteil, die Regelung in Stromkreisen mit kleiner Stromstärke vornehmen zu können, was sich, in einer Verbilligung der verwendeten Regelapparate ausdrückt. Der Drehzahlwandler besitzt die Möglichkeit, den Strom um i8o° umzukehren, um sowohl unter- wie übersynchron fahren zu können. Dies geschieht in bekannter Weise wie bei Spannungstransformatoren dadurch, daß die Zuführung nicht an einem. Ende, sondern an einem Punkt der Wicklung, beispielsweise in der Mitte, erfolgt. Beim Übergang des Stufenschalters 8 von einem Wicklungsteil zum andern wechselt dann der Strom in der Sekundärwicklung sein Vorzeichen. Nun ist es ohne weiteres klar, daß man außer der Drehzahl noch den Leistungsfaktor des Hauptmotors beeinflussen kann. Dies geschieht durch den Phasenwandler 9, dessen Sekundärstrom gegenüber dem des Drehzahlwandlers 7 um 90⁰ durch entsprechende Schaltung (Dreieckschaltung bzw. Zickzackschaltung und cyklische Vertauschung) verschoben ist. Die Primärwicklungen der beiden Wandler sind hierbei in Reihe geschaltet, während die Sekundärwicklungen parallel geschaltet sind. Der Sekundärstrom des Phasenwandlers 9 kann sich hierbei nur über den Frequenzwandler schließen, weil der Wandler 7 für ihn eine Drosselspule darstellt, auch dann, wenn der | Stufenschalter 8 des Drehzahlwandlers 7 auf Null steht. Mit Hilfe eines Stufenschalters 10 kann ebenfalls die Größe des vom Phasenwandler 9 gelieferten Stromes eingestellt werden. Man kann nun noch einen Schritt weitergehen und dem Drehzahl- und Phasenstrom einen dritten Strom im Frequenzwandler 4 überlagern, und zwar einen dem Belastungsstrom der Hauptmaschine proportionalen Strom, um bei Belastung den meist so erwünschten Drehzahlabfall und damit Belastungsausgleich zu erhalten. Hierzu dient der Kompoundtransformator 11, der ebenfalls primär Anzapfungen besitzt, die mit Hilfe eines Stufenschalters 12 geregelt werden können und der über einen Zwischenwandler 13 in den Primärkreis des Hauptmotors eingeschaltet ist. Auch hier kann sich die durch den Erregerkreis vorgeschriebene Spannung selbsttätig einstellen, weil ein großer Stromverbraucher, der Hauptmotor, der Primärwicklung vorgeschaltet ist und damit Größe und Phase des Stromes vorschreibt.

Es ist natürlich auch möglich, an Stelle der Stufenwandler Transformatoren für stufenlose Regelung (Doppeldrehtransformatoren usw.) 2u verwenden, wenn stufenlose Regelung gewünscht wird.

In dem beschriebenen Beispiel ist der Frequenzwandler 4 für die ganze Erregerleistung der Hintermaschine 3 zu bemessen. Man kann jedoch auch die bekannte Schaltung verwenden, bei der die Erregerwicklung mit dem einen Ende an die Schleifringe der Hauptmaschine angeschlossen wird (vgl. den gestrichelt gezeichneten Anschluß der Erregerwicklung). Man erreicht dadurch eine beträchtliche Verminderung der Leistung des Frequenzwandlers und damit sämtlicher Erregertransforanatoren sowie der Drosselspule. : Weil auch hierbei nur auf Strom geregelt wird, stellt sich die Spannung des Frequenzwandlers selbsttätig ein.

Die Vorteile der beschriebenen Anordnung liegen einmal darin, daß es auf einfache Weise unter Verwendung nur einer einzigen rotierenden Hilfsmaschine, des Frequenzwandlers, möglich ist, die bei Drehstromregelsätzen auftretenden Forderungen (Einstellen der Leerlaufdrehzahl, Phasenverbesserung, Drehzahlabfall bei Belastung) zu erfüllen. Die zur Erregung erforderlichen Stromwandler nebst den zugehörigen Regelapparaten werden hierbei mit normaler Frequenz ausgenutzt und nur so groß, wie es die Leistung des Frequenzwandlers erfordert. Eine Ausnahme davon bildet nur die Drosselspule, doch fällt dies nicht weiter ins Gewicht, weil ihre Leistung nicht reguliert zu werden braucht. Als besonderer Vorteil ist noch anzuführen, daß gerade in der Nähe des Synchronismus die Span-

nung des Frequenzwandlers fast verschwindet, so daß die volle Netzspannung allein an der Drosselspule liegt und damit Phasenlage und Größe des Erregerstromes in diesem besonders heiklen Gebiet eindeutig bestimmt sind. Daneben ist es natürlich auch noch möglich, die beschriebene Anordnung nur für die Regelung in der Nähe des Synchronismus zu verwenden, wo bekanntlich gerade die Kompoundierung große Schwierigkeiten bereitet, während für größere Regelbereiche andere Anordnungen verwendet werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Speisung von Schlupf frequenz führenden Erregerwicklungen von in Dreh Stromkaskaden eingeschalteten Kommutatormaschinen, bei der ein den Stromkreis veränderlicher Frequenz allein oder mit anderen Stromquellen speisender unkompensierter Kommutatorfrequenzwandler von der Sekundärwicklung eines Stromtransformators gespeist wird, dessen Primärwicklung in Reihenschaltung mit einem Scheinwiderstand an die speisende Stromquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß. der Scheinwiderstand, dessen Scheinleistung ein Vielfaches der größten, an den Stromkreis veränderlicher Frequenz abgegebenen Scheinleistung ist, mit einer in der wirksamen Windungszahl regelbaren Primärwicklung des Stromtransformators in Reihe geschaltet ist, während der Kommutatorfrequenzwandler an eine gleichbleibende Windungszahl aufweisende Sekundärwicklung des Stromtransformators angeschlossen ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mit der regelbaren Primärwicklung des ersten Stromtransformators die regelbare Primärwicklung eines zweiten Stromtransformators in Reihe geschaltet ist, dessen nicht regel-• 45 bare Sekundärwicklung ebenfalls den Frequenzwandler speist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der der Schlupffrequenz führenden Erregerwicklung einer Kommutatorhintermaschine eine die Leerlaufsdrehzahl der asynchronen Vordermaschine beeinflussende Erregerstromkomponente und eine die Phasenkompensierung der Asynchronmaschine regelnde Erregerstromkomponente zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler von zwei Stromtransformatoren in Parallelschaltung ihrer Sekundärwicklungen gespeist wird, von denen der erste zur Beeinflussung der Drehzahl, der zweite zur Beeinflussung des Leistungfaktors dient, und die mit ihren regelbaren Primärwicklungen mit dem Scheinwiderstand praktisch konstanter Leistung in Reihe geschaltet sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dia Leerlaufdrehzahl beeinflussenden Stromtransformator mit regelbarer Primärwicklung die Primärwicklung einen die einzelnen Phasen etwa in der Mitte miteinander verbindenden Sternpunkt besitzt, so ,daß durch Verschiebung des Regelkontaktes über den Sternpunkt hinaus die Stromrichtung in der Sekundärwicklung umgekehrt werden kann.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter primär zweckmäßig ebenfalls regelbarer Stromtransformator vorgesehen ist, der primär vom Primärstrom der Asynchronmaschine gespeist wird, während seine nicht regelbare Sekundärwicklung in Parallelschaltung mit den beiden anderen Stromtransformatoren den Frequenzwandler speist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 o. ff., dadurch gekennzeichnet, daß zur Fernhaltung von Hochspannung aus den eigentlichen Regelkreisen vor die regelbaren Stromtransformatoren Isolierstromtransformatoren geschaltet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen