DE648985C - Einrichtung zur Regelung von Asynchronmaschinen mit Hilfe von in den Staender- oder Laeuferkreis eingeschalteten Gas- oder Dampfentladungsstrecken - Google Patents

Description

Bekanntlich gehört die Regelung von Asynchronmaschinen zu den wichtigsten Aufgaben der Elektrotechnik. Es handelt sich im allgemeinen darum, die Drehzahl ohne Energie-Verluste in beliebigen Grenzen zu verändern. Die bekanntesten Lösungen wurden mit Anordnungen erreicht, bei welchen die Schlupfleistung durch zusätzliche Wechselstrommaschinen nutzbringend verwertet oder dem speisenden Wechselstromnetz wieder zugeführt wird. Häufig erfordert der Betrieb noch die Erfüllung besonderer Bedingungen, wie z. B. Einhaltung eines hohen Leistungsfaktors, die Veränderung der Leistung bei konstanter Drehzahl oder die Regelung der Drehzahl bei konstanter Leistung und anderes mehr. Die Lösungen solcher Aufgaben führen oft zu recht verwickelten Schaltungen

♦ und fordern umfangreiche Hilfseinrichtungen.

Es ist auch schon bekannt, die Schlupfleistung über einen Gleichrichter, der durch Transformatoren an die Schleifringe des Induktionsmotors angeschlossen ist, gleichzurichten und die gleichgerichtete Leistung mittels * eines aus Entladungsgefäßen bestehenden Wechselrichters wieder dem Netz zuzuführen. Mit dieser bekannten Anordnung kann man zwar die Asynchronmaschine regeln; die bekannte Anordnung besitzt jedoch den Nachteil, daß die Asynchronmaschine nicht beliebig regelbar ist, denn will man den Läufer einer Asynchronmaschine bei einer verlustfreien Regelung im Synehronismus halten, so muß man ihm einen Gleichstrom zuführen, dies kann aber mit der bekannten Einrichtung nicht erfüllt werden, da der Gleichrichter mit dem Läufer der Maschine über einen Transformator verbunden ist.

Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie man auf eine einfache und praktisch durchführbare Weise eine verlustfreie Regelung von Asynchronmaschinen in allen Betriebszuständen mit Hilfe von Gas- oder Dampfentladüngsstrecken ermöglichen kann. Erfindungsgemäß werden bei einer ständergespeisten Asynchronmaschine an die Schleifringe des Läufers oder bei einer läufergespeisten Asynchronmaschine an die Klemmen des Ständers die Anoden einer Entladungsstrekkenanordnung angeschlossen, deren Kathode an dem Pluspol einer veränderlichen Gleichstrom-EMK liegt, deren Minuspol mit dem neutralen (Stern-) Punkt der Anodenphasenspannungen der Entladungsstrecken durch einen zusätzlichen Schleifring oder eine zusätzliche Ständerklemme verbunden ist. Durch Regelung der Gleichstrom-EMK ist man in der Lage, die Asynchronmaschine verlustlos aus dem Stillstand anzulassen, ihre Drehzahl in beliebigen Grenzen des untersynchronen Laufes zu regeln und durch Umkehr der Gleichstromspannung bis zum Syn-

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

Dipl.-Ing. Dr. Jürgen v. Issendorff in Berlin-Siemensstadt.

chronismus zu gelangen, wobei die Gleichstromquelle lediglich den Lichtbogenverlus und Ohmsche Verluste zu decken hat. Hier,-, für ist es zweckmäßig, die Zündung der £if\-] zelnen Anoden zu erschweren, damit bei>:F,j·'. reichen des Synchronismus die zuletzt Stroirt führenden Anoden allein weiterbrennen und eine Gleichstrommagnetisierung in der Wicklung hervorrufen. Die Schlupfenergie kann ίο unter anderen dadurch nutzbringend verwertet werden, daß die Gleichstromquelle durch eine Hintermaschine zur Asynchronmaschine oder durch einen L'mformer gebildet wird. Zur dauernden Einhaltung einer bestimmten Drehzahl wird man die Gleichstrom-EMK auf einen festen Wert einstellen, die jeweils einem bestimmten Schlupf des Motors entspricht. Durch Compoundierung einer als Gleichstromquelle verwendeten Gleichstrommaschine läßt es sich auch erreichen, daß der Drehzahlabfall bei Belastung des Asynchronmotors in beliebigem Maße ausgeglichen wird. Die Schlupfleistung, welche über den Gleichrichter gleichgerichtet wird, kann auch an einen Gl'eichstromverbraucher veränderlicher EMK abgegeben werden.

Die Erfindung unterscheidet sich daher grundsätzlich von bekannten Anordnungen, bei denen im Läuferkreis der Asynchronmaschine Entladungsstrecken angeordnet sind, die an Stelle der sonst üblichen regelbaren Widerstände treten, denn diese stellen ähnlich wie die Widerstände nur eine Verlustquelle dar.

Eine weitere Vervollkommnung des Erfindungsgegenstandes ist noch dadurch zu erreichen, daß der Gleichrichter, welcher auch aus einzelnen Entladungsröhren mit Glühkathoden bestehen kann, noclr Steuergitter (Steuerbeläge) erhält, so daß sich die Regelbarkeit der Gleiehstrom-EMK ganz oder teilweise erübrigt. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß damit der Asynchronmotor Leistung aufnimmt bzw. der Asynchrongenerator Leistung abgibt, im Läuferkreis ein Wirkstrom fließen muß; würde man daher keine EMK im Stromkreis der Entladungsstrecke einschalten, auf welche der Gleichrichter arbeiten kann, so würde durch Regelung der vom Gleichrichter abgegebenen Spannung mit Hilfe der Steuergitter nur Blindstrom im Läuferkreis auftreten können, so daß ein Drehmoment nicht oder nur in geringem Maße zustande kommt und ein Anlauf einer belasteten Asynchronmaschine unmöglich wäre.

Die Steuerung des Gleichrichters ergibt

außerdem noch den Vorteil, daß der Motor im Synchronismus fester gehalten und im übersynchronen Lauf gebremst werden kann, so daß er im letzteren Fall als Generator Energie in das Wechselstromnetz zurück lie- ' fert. Beim gewöhnlichen kollektorlosen In-. duktionsmotor ist das bekanntlich nur in einem sehr kleinen Drehzahlbeieich in der Sähe des Synchronismus möglich. Bei der Anordnung nach der Erfindung kann jedoch bei jeder beliebigen übersynchronen Drehzahl verlustlos gearbeitet werden, weil die Gleichstromquelle die Schlupfenergie liefert. Die Regelung der Gitterspannung muß nur in bekannter Weise so vorgenommen werden, daß die Anodenströme vorwiegend im Bereich der negativen Anodenspannungshalbwellen brennen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar ist in der Fig. ι eine ständergespeiste, in den Fig. 2 und 3 eine läufergespeiste Asynchronmaschine dargestellt.

Fig. ι zeigt das Beispiel einer selbsttätigen Anfahrschaltung. Die Anlage besteht aus einem Asynchronmotor 1 und einem Quecksilberdampfgleichrichter 2, dessen Kathode an den Pluspol eines Gleichstrommotors 3 gelegt ist. Der Minuspol der Gleichstrommaschine ist über einen zusätzlichen Schleifring 4 des Asynchronmotors mit dem neutralen Punkt der Anodenphasenspannungen verbunden. Die Anoden des Gleichrichters sind galvanisch mit den Schleifringen 5 des Asynchronmotors 1 verbunden. Die durch die Gleichstrommaschine 3 gegebene Gleichstrom-EMK ist willkürlich oder selbsttätig so zu regeln, daß sie stets um ein bestimmtes kleines Maß die Gleichrichterspannung unterschreitet. Der Gleichstrommotor ist mit einem Wechselstrommotor 6 gekuppelt, der auf das den Asynchronmotor 1 speisende Netz zurückarbeitet. Der Gleichstrommotor ist eigenerregt und übercompoundiert. Mit zunehmender Drehzahl der Asynchronmaschine vermindert sich nämlich ihre Schleifringspannung und dadurch auch die vom Gleichrichter abgegebene Spannung. Dementsprechend muß auch die Gegenspannung der Gleichstrommaschine 3 ständig verklei- * nert werden, damit diese einen Belastungsstrom aufnehmen kann. Bei zu schnellem Herab regeln der Gegenspannung der Maschine 3 würde jedoch der Fall eintreten können, daß diese zu hohe Ströme aufnimmt; das wird durch die Compoundwicklung * verhindert, welche die EMK der Maschine steigert und die Stromaufnahme begrenzt.

In Fig. 2 ist als Gleichstromquelle oder Energiespeicher eine Batterie verwendet. Mit Hilfe eines Zellenschalters kann der Anlaufvorgang bis zum Synchronismus geregelt werden. Im letzteren Falle ist die Batterie- iao spannung umgepolt und auf 20 bis 30 V gebracht, wobei die Batterie nun die Entladung

im Gleichrichter 13 unterhält und im Ständer des Motors ein konstantes Magnetfeld erzeugt. ' *

Die Fig. 3 bezieht sich auf den 'Fall des Asynchrongenerators mit Steuergleichrichter. Die als Generator laufende Asynchronmaschine 19 besitzt einen mechanischen Antrieb, der der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Die Steuergitter 15 des Entladungsgefäßes 16 erhalten z. B. Wechselspannungen von solcher Nacheilung gegenüber den zugehörigen Anodenspannungen, daß die

- Anoden 17 erst im negativen Teil ihrer Spannungswellen zünden. Dann wird die Energie der Gleichstrommaschine 18, welche hier als Dynamo arbeitet, durch den gesteuerten Gleichrichter 16 der Ständerwicklung des Asynchrongenerators 19 zugeführt, der dadurch in die Lage versetzt wird, bei beliebig

zo übersynchroner Drehzahl die ihm mechanisch zugeführte Energie in das Drehstromnetz 20 zu liefern. Die Einstellung erfolgt vorwiegend durch den Feldregler 21 der Gleichstrommaschine 18. Auch hier ist zur Stabilisierung des Betriebes eine Compoundwicklung, jedoch zur Feldschwächung, am Platz.

Claims (8)

1. Patentansprüche:
2. i. Einrichtung zur Regelung von Asynchronmotoren mit Hilfe von in den Ständer- oder Läuferkreis eingeschalteten und gegebenenfalls steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ständergespeisten Asynchronmaschine an die Schleifringe des Läufers oder bei einer läufergespeisten Asynchronmaschine an die Klemmen des Ständers die Anoden einer Entladungsstreckenanordnung angeschlossen sind, deren Kathode an dem Pluspol einer veränderlichen Gleichstrom-EMK liegt, deren Minuspol mit dem neutralen (Stern-) Punkt der Anodenphasenspannungen der Entladungsstrecken in Gestalt eines zusätzlichen'Schleif ringes oder einer zusätzlichen Ständerklemme verbunden ist. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Gleichstrom-EMK willkürlich oder selbsttätig so geregelt wird, daß sie immer um einen bestimmten kleinen Betrag die Gleichrichterspannung unterschreitet.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahlregelung die veränderliche Gleichstrom-EMK auf feste positive oder negative Werte einzustellen ist, die jeweils einem bestimmten Schlupf des Motors entsprechen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Annäherung an den Synchronismus die Gleichstrom-EMK umgepolt wird und dann so weit wieder ansteigt, daß schließlich ein Anodenlichtbogen dauernd als Gleich-Stromlichtbogen weiterbrennt und der Motor in den Synchronismus hineingleitet.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrom-EMK durch einen Gleichstrommotor (3) gebildet wird, die mit einem an das speisende Netz angeschlossenen Wechselstromgenerator (6) gekuppelt ist, um die Schlupfenergie des Asynchronmotors (1) wieder in das Netz zurückzuführen.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrom-EMK durch einen Gleichstrommotor gebildet wird, der als Hintermotor mit dem Asynchronmotor selbst gekuppelt ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Asynchronmaschine (1) durch entsprechende Steuerung des mit Steuergittern ausgerüsteten Gleichrichters gegebenenfalls als Generator betrieben wird.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Gleichstrom-EMK verwendete Gleichstromnebenschlußmaschine derart compoundiert ist, daß ihre Spannung mit zunehmender Belastung des Asynchronmotors steigt, aber mit zunehmender Belastung des Asynchrongenerators sinkt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen