DE649728C - Netzkupplungsumformer, vorzugsweise grosser Leistung, bestehend aus einer Synchronmaschine und einer mit ihr mechanisch gekuppelten Asynchronmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich, auf einen Netzkupplungsumformer, der aus einer Synchronmaschine "und einer mit dieser gekuppelten Asynchronmaschine besteht, wobei die Ständerwicklungen der beiden Maschinen an die miteinander zu kuppelnden Netze angeschlossen sind. Bei derartigen Netzkupplungsumformern ist es bekanntlich erforderlich, der Läuferwicklung der Asynchronmaschine eine Spannung zuzuführen, deren Frequenz gleich der Schlupffrequenz ist. Diese Spannung von einer Frequenz gleich der Schlupffrequenz wird im allgemeinen einer mit einem Kommutator versehenen Hintermaschine lentnommen, die ihrerseits durch einen Frequenzumformer erregt wird. Die Kommutierung derartiger rotierender Frequenzumformer ist nun nicht leicht zu beherrschen und führt zu sehr großen Schwierigkeiten, sobald es sich dabei -um größere Leistungen handelt. Da die Erregerleistung der Hintermaschine von der Leistung des Netzkupplungsumformers abhängt, so ergeben sich also mit wachsender Leistung des Netzkupplungsumformers zunehmende Kommutierungsschwierigkeitien an dem Frequenzumformer. Bei großen Leistungen ist es daher im allgemeinen nicht mehr möglich, mit nur einer Hintermaschine auszukommen, sondern man muß mehrere Hintermaschinen in Kaskade schalten, derart, daß immer die eine die Erregung für die folgende liefert, wodurch sich also die Erregerleistung, die der Frequenzumformer zu liefern hat, entsprechend der Anzahl der Hintermaschinen vermindert. Aus diesen Gründen ist bei Netzkupplungsumformern großer Leistung, insbesondere in Anbetracht des hohen Preises von Kommutatorhintermaschinen, der Kostenanteil für diese außerordentlich groß.

Es ist aus diesem Grunde bereits vorgeschlagen worden, bei der Erregung von Drehstromregelsätzen rotierende Hintermaschinen ganz zu vermeiden und für diesen Zweck einen mit gesteuerten Entladungsstrecken arbeitenden ruhenden Frequenzumformer zu verwenden. Ein rotierender Frequenzumformer muß dann zwar noch zur Lieferung der Steuerspannungen für die Entladungsstrecken vorhanden sein; hieraus ergeben sich jedoch keinerlei Schwierigkeiten, da bekanntlich die Steuerleistimg von Entladungsstrekken verschwindend gering ist. Bei der Erregung des asynchronen Teiles von Netzkupplungsumformern über Stromrichter ergibt sich nun aber eine andere Schwierigkeit, die in folgendem begründet ist: Bei einer Asynchronmaschine hängt bekanntlich der Ständerstrom von der Größe und der Phasen-

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

Dr. Wilhelm Leukert in Berlin-Siemensstadt.

lage der Spannungen ab, die in den Läuferstromkreis eingeführt werden. Hinsichtlich dieser Abhängigkeit zeigt jedoch die Asyn-, chronmaschine ein ganz arideres Verhalten j als andere elektrische Maschinen. Während nämlich bei diesen der Strom in der Arbeitswicklung im allgemeinen auf Schwankungen der Erregung nur verhältnismäßig träge" reagiert, so daß schnelle Pulsationen der Erregung sich in dem Arbeitsstrom praktisch überhaupt nicht mehr bemerkbar machen, ist bei der Asynchronmaschine fast gar keine magnetische Trägheit bemerkbar, sondern der Strom in der Primärwicklung folgt selbst schnellsten Schwankungen der Erregung. Nun haben aber Stromrichteranordnungen, die als Frequenzumformer arbeiten, die Eigentümlichkeit, eine umgeformte Spannung zu liefern, die in hohem Maße Oberwellen enthält. Diese Oberwellen verursachen, wenn sie in den Läuferstromkreis einer Asynchronmaschine eingeführt werden, entsprechende Oberwellen in dem Ständerstromkreis und beunruhigen damit bei Netzkupplungsumformern in erheblichem Maße die Leistungsübertragung zwischen den beiden miteinander gekuppelten Netzen.

Die Erfindung will nun die Vorteile, die sich durch Verwendung von Stromrichtern mit Entladimgsstrecken bei der Erregung von Netzkupplungsumformern der genannten Art ergeben, ausnutzen, hat aber andererseits die Aufgabe, das Entstehen von Oberwellen in dem Primärstromkreis der Asynchronmaschine und damit in den gekuppelten Netzen zu vermeiden. Eriindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Erregung der an den Läufer der Asynchronmaschine angeschlossenen Kommutatorerregermaschine über gesteuerte Stromrichter erfolgt, deren Gitter eine Spannung zugeführt wird, die sich aus einer Spannung von der Frequenz desjenigen Netzes, an dem die Asynchronmaschine liegt, und einer Spannung der Schlupffrequenz zusammensetzt. Die Erregerwicklung der Kommutatorerregermaschine besitzt eine derartige magnetische Trägheit, daß sich in dem Läuferstromkreis und damit auch in dem Ständerstromkreis der Asynchronmaschine die von dem Stromrichter herrührenden Oberwellen praktisch nicht mehr bemerkbar machen. Man gewinnt durch die Erfindung alle Vorteile, die die Verwendung gittergesteuerter Entladungsstrecken mit sich bringt, ohne die oben geschilderten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen: Wegen der verschwindend geringen Steuerleistung, die die Stromrichter erfordern, kommt man mit außerordentlich einfachen Einrichtungen für eine selbsttätige Regelung aus und vermeidet außerdem jegliche Kommutierungsschwierigkeiten an dem rotierenden Frequenzumformer, der hier praktisch nur als Spannungsumformer, nicht aber auch als Umformer für Leistung benutzt wird. vv^;>In der Zeichnung ist die Schaltung eines fÄusführungsbeispiels der Erfindung dargestellt.

Das Netz 1, das mit dem Netz 2 nicht frequenzgleich sein muß, soll über einen rotierenden Umformer gekuppelt werden.

Der rotierende Umformer besteht aus der Synchronmaschine 3 und der Asynchronmaschine 4. Die Drehzahl des Aggregates ist durch die Polzahl der Synchronmaschine 3 und die Frequenz des Drehstromnetzes 1 bestimmt.

Die Leistung, die aus einem Netz in das andere übertragen wird, ist durch die Charakteristik der Asynchronmaschine 4 gegeben. Um der Asynchronmaschine verschiedene Charakteristiken aufdrücken zu können, wird sie mit der Wechselstromkollektormaschine 5 in Kaskade geschaltet. Die Erregung der Wechselstromkollektormaschine erfolgt über gittergesteuerte Stromrichter 6.

Wenn die beiden Drehstromnetze 1 und 2 synchron sind, geben die Stromrichter 6 Gleichstrom ab. Wenn die Frequenzen der beiden Drehstromnetze voneinander abweichen, dann müssen die gittergesteuerten Stromrich- go ter einen Strom der Schlupffrequenz zur Erregung der Kollektormaschine 5 liefern. Damit der von dem Stromrichter 6 abgegebene Strom die entsprechende Schlupffrequenz zeigt, wird den Gittern eine Spannung zugeführt, die sich aus einer Spannung der Netzfrequenz der Asynchronmaschine und aus einer Spannung der Schlupffrequenz (Modulationsfrequenz) zusammensetzt, die von dem kleinen Frequenzwandler 7 geliefert wird, der entsprechend dem Schaltbild mit dem Hauptaggregat gekuppelt ist. Der Frequenzwandler 7 wird über den Drehtransformator 8 und den regelbaren Transformator 9 vom Netz 2 so erregt, daß er Schlupffrequenz abgibt.

Die Blindleistung der Asynchronmaschine kann durch Änderung der Primärspannung des Stromrichtertransformators oder durch Änderung der Größe der dem Frequenzwandler 7 zugeführten Wechselspannung geändert no werden. Man könnte auch die über den Gittertransformator 10 zugeführte Spannung der Netzfrequenz in ihrer Größe ändern. Die Wirkleistung der Asynchronmaschine wird durch Verdrehen der niederfrequenten Gitterspannung gegenüber der 5operiodigen Gitterspannung und mit Hilfe des Drehtransformators 8 bewirkt. Die Verstellung der Wirk- und Blindleistung kann entsprechend der für Netzkupplungen maßgebenden Charakteristiken automatisch vorgenommen werden, z. B, durch mechanische Regler.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Netzkupplungsumformer, vorzugsweise großer Leistung, bestehend aus einer Synchronmaschine und einer mit ihr mechanisch gekuppelten Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der an den Läufer der Asynchronmaschine angeschlossenen Kommutatorerregermaschine über gesteuerte Stromrichter (6) erfolgt, deren Gittern eine Spannung zugeführt wird, die sich aus einer Spannung von der Frequenz desjenigen Netzes (2), an dem die Asynchronmaschine liegt, und einer Spannung von Schlupffrequenz zusammensetzt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen