DE655041C - Kommutatorkaskade fuer von der Netzfrequenz unabhaengige, nur von der Drehzahl abhaengige Leistung - Google Patents

Description

Für Netzkupplungsumformer, Ilgnerumformer usw. verwendet man vielfach Kommutatorkaskaden, d. h. asynchrone Hauptmaschimen mit Kommutatorhintermaschinen. Wirk- und Blindleistung solcher Maschinen können in jeder gewünschten Art geregelt und der Drehzahl zugeordnet werden.

Einen Sonderfall stellen die Kaskaden für konstante Leistung dar, bei denen der gewünschte Zweck ohne besondere Regel organe lediglich durch die Eigenschaften der Schaltung erreicht wird. Es ist mit solchen Maschinensätzen möglich, eine konstante Leistung aus einem Netz in das andere zu übertragen, unabhängig von der Frequenz in beiden Netzen bzw. unabhängig vom Schlupf der geregelten Asynchronmaschine. Eine solche Schaltung liegt z.B. dem Patent 604824 zugrunde. Man kann diese bekannte Schaltung dahin erweitern, daß man nicht eine konstante Leistung schlupfunabhängig überträgt, sondern die Leistung der Drehzahl der Asynchronmaschine zuordnet. Netzkupplungsumformer bestehen meistens aus einer Synchronmaschine und einer Asynchronmaschine mit Kommutatorhintermaschine. Die Synchronmaschine bzw. die Drehzahl des Maschinensatzes bestimmt also die Frequenz des einen Netzes. Solange nun die Frequenz des anderen Netzes konstant bleibt, sind die Kennlinien (Drehzahl in Abhängigkeit von der übertragenen Leistung) eindeutig. Verschiedene Neigung der Kennlinien kann in einfacher Weise mittels Kompoundtransformators herbeigeführt werden. Ändert sich nun jedoch die Frequenz des anderen Netzes, so tritt eine Parallelverschiebung aller Kennlinien zu sich ein. Während zuvor bei geneigter Kennlinie zu jeder Leistung ein ganz bestimmter Schlupf der Asynchronmaschine gehörte, ist dies jetzt nicht mehr der Fall. Bei gleichbleibender Drehzahl wird nun die Leistung schlupfabhängig.

Dieser Nachteil läßt sich mit vorliegender Erfindung beseitigen. Der Erfindungsgedanke beruht wieder darin, daß der Ständlers tr oni der asynchronen Hauptmaschine nach Größe und Phase mit dem nach Größe und Phase einstellbaren Strom einer Konstantsitromanordnung verglichen wird. Bei diesem Vergleich erfährt bekanntlich die Kaskade bei jeder Abweichung des Ständerstroms der Hauptmaschine von seinem Sollwert eine zusätzliche Erregung im Sinne einer Wiederherstellung des Sollwerts. Man kann in bekannter Weise den Strom der Konstantsitromanordnung in zwei aufeinander senkrecht stehende Anteile zerlegen, von denen der eine mit dem Wirkanteil und der andere mit dem Blindanteil des Ständerstroms verslichen wird.

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

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

Macht man nun den einen dem Wirkleistungsvergleich dienenden Stromanteil einer solchen Anordnung von der Drehzahl abhängig, so erhält man die gewünschte Unabhängigkeit der Kennlinien (Drehzahlleistung) von Schwankungen der Netzfrequenz der Asynchronmas chine.

Ein Ausführungsbeispiel soll den Erfindungsgedanken näher erläutern. In Fig. ι ist ίο ein Netzkupplungsumformer angedeutet mit der Synchronmaschine ι und der Asynchronmaschine 2. Diese wird in bekannter Weise durch eine ständererregte Kommutatorhinitermaschine 3 geregelt, die ihrerseits von der Hilfserregermaschine 4 erregt wird. Beide. Maschinen seien mechanisch mit der Hauptmaschine 2 gekuppelt. Die Hilfserregermaschine 4 sei als kompensierter Frequenzwandler ausgeführt, so daß zwischen ihrem Kommutatorstrom und ihrem Schleifringstrom keine feste Beziehung besteht. Der eigene Erregerstrom der Hilfserregermaschine werde durch parallel geschaltete Kondensatoren 5 geliefert. Ferner wird den Schleifringen dieser Maschine der Summenstrom zweier Stromtransformatoren 6 und 7 zugeleitet, deren regelbare Primärwicklungen über den Isoliertransformator 8 mit der Drosselspule 9 in. Reihe geschaltet werden. Die Drosselspule ist so groß bemessen, daß die Primärwicklungen der beiden Transformatoren 6 und 7 bei allen Spannungen einen angenähert gleichbleibenden Strom führen. Die Sekundärströme sind gegeneinander um 90⁰ phasenverschoben und jeder für sich regelbar. Da der eigene Erregerstrom der Hilfserregermaschine 4 durch den Kondensator 5 geliefert wird, würde der Summenstrom der Transformatoren 6 und 7 zusätzlich erregend wirken. Er wird daher durch den Strom des Kompqundtransformators 10 aufgehoben;, der oberseitig vom Strom der Hauptmaschine 2 durchflossen wird und unterseitig die Schleifringe der Maschine 4 speist. Bei dieser Schaltung stellt sich bekanntlich der Primärstrom der Hauptmaschine stets in Größe und Phase so ein, daß er den Summenstrom der Transformatoren 6 und 7 aufhebt. Da dieser gegenüber der Netzspannung in jede beliebige Größe und Phase gebracht und darin festgehalten werden kann, so läßt sich auf diese Weise Wirk- und Blindleistung der Hauptmaschine 2 durch Regeln der Transformatoren 6 und 7 beliebig einstellen, und zwar unabhängig vom Schlupf. Die übertragene Leistung ist dabei jedoch konstant, während sie gemäß der Erfindung drehzahlabhängig sein soll. Dies wird dadurch bewirkt, daß die wirksame oberseitige Windungszahl des die Wirkleistung beeinflussenden Transformators 7 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kaskade verändert wird, wie dies in Fig. 1 durch einen Fliehkraftregler 11 angedeutet ist Die richtige Wirkungsweise der Schaltung setzt voraus, daß der Strom in der Drosselspule angenähert gleichbleibt, d. h. bei schwankender Netzfrequenz müßte die Netzspannung im gleichen Maß mitschwanken, wie es ja auch meist der Fall ist. Man kann aber auch an Stelle der Drosselspule eine kleine Blindleistungsmaschine gleicher Leistung¹ verwenden, die man durch einen besonderen Regler auf gleichen Strom bei allen Frequenzen regelt.

In welcher Weise die Steuerung der Wirkleistung in Abhängigkeit von der Drehzahl erfolgen kann, ist in Fig. 2 angedeutet. Es bedeutet 12 den Arbeitszylinder eines Öldruckreglers (Thomaregler), der den Wirkleistungstransformator 7 betätigt. Bei Stellung des Arbeitskolbens in der Mitte sei die Wirkleistung der Hauptmaschine Null, bei Stellung nach oben motorisch, bei Stellung nach unten generatorisch. 13 stellt den Steuerzylinder dar, der in bekannter Weise durch die Steuerspule 14 beeinflußt wird, die ihrerseits von der mit der Hauptmaschine gekuppelten Drehzahldynamo 15 gespeist wird. Die Feder 16 bildet die Gegenkraft. Diese ist an einem Ende des Hebels 17 befestigt, dessen go anderes Ende drehbar mit dem Arbeitskolben des Öldruckreglers verbunden ist. Durch eine verschiebbare Schneidenlagerung 18 kann das Verhältnis des rechten Hebelarmes« zum linken b beliebig von ο bis 00 eingestellt werden. Befindet sich die Schneidenlagerung aim rechten Ende f-^- —o), so wird der Endpunkt der Feder 16 festgehalten. Der Steuerkolben kann dann nur in seiner Soll-Lage bleiben, wenn die Drehzahl gleichbleibt; man erhält eine Kennlinie (Drehzahl« in Abhängigkeit von der Leistung N), wie sie durch die Gerade I-1 in Fig. 3 gegeben ist. Der Maschinensatz sucht die Drehzahl unter allen Umständen zu halten und stellt sich deshalb mit Hilfe des Reglers auf jede beliebige Leistungsaufnahme oder -abgabe ein. Durch Stellschrauben 19 und 20, gegen die sich ein Anschlag 21 am Steuerkolben legt, kann die Leistung auf zwei Endwerte begrenzt werden, z. B. die Gerade II-II im generatorischen Bereich durch die Stellschraube 19 und die Gerade HI-111 im motorischen Bereich durch die Stellschraube 20. Verschiebt man nun die Schneidenlagerung nach links, so ändert sich die Neigung der Kennlinie I. Sie geht in IV, V, VI usw. über, weil nunmehr die Sollstellung des Steuerkolbens durch Drehzahl und Leistung zusammen bestimmt wird. _iao Die Neigung kann auf einer geeichten Gradeinteilung 22 abgelesen werden. Bei der Stel-

lung der Schneidenlagerung ganz links (Neigung oo) wird der Arbeitskolben in seiner Mittellage festgehalten, die Kennlinie fällt dann mit der Oridinatenach.se zusammen. Verändert man nun dem Widerstand 23 im Stromkreis der Drehzahldynamo, so werden die ganzen Kennlinien parallel zu sich selbst verschoben; die Linie I geht z. B. in Y, die Linie IV in IV über. Man kann dies mittels Zeiger auf einer am Widerstand angebrachten Einteilung 24 sichtbar machen, auf der die Leerlaufdrehzahl abgelesen werden kann. Denn im Leerlauf muß bei geändertem Widerstand 23 die Drehzahl sich so lange ändern, bis bei Mittelstellung des Steuerkolbens 13 und Leerlauf stellung des Arbeitskolbens 12 der hierbei gleichen Federkraft die Spule 14 das Gleichgewicht halten kann. Im jeweiligen Leerlaufpunkt aber schneiden sich die zuge-

zo hörigen Kennlinien beliebiger Neigung. Man kann auf diese Weise Kennlinien beliebiger Neigung und beliebiger Leistungsbegrenzung fahren, wie in Fig. 3 z. B. die stark ausgezogene, ohne daß Änderungen der Netzfrequenz der Asynchronmaschine darauf einen Einfluß haben. Die Kaskade regelt sich vielmehr selbsttätig auf die vorgeschriebene Kennlinie, z. B. Leerlaufpunkt bei 970 U/min, mit 60/0 Neigung zwischen Leerlauf und"VoIllast und mit Leistungsbegrenzung bei 800/0 der Nennleistung im generatorischen Gebiet und 1500/0 im motorischen. Die Steuerung der Wirklast kann natürlich auch in anderer Weise erfolgen als es mit der Anordnung nach Fig. 1 möglich ist. Die Blindleistung kann unabhängig von der Wirkleistung mit Hilfe des Transformators 6 auf beliebige Weise geregelt werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι . Kommutatorkaskade für von der Netzfrequenz unabhängige, nur von der Drehzahl abhängige Leistung, bestehend aus einer Asynchronmaschine, die durch einen Kommutatorfrequenzwandler unmittelbar oder über eine oder mehrere Kommutatorhintermaschinen geregelt wird, dadurch ge-. kennzeichnet, daß der Ständerstrom der Hauptmas chine mit einem nach Größe und Phase einstellbaren, von der Drehzahl abhängig gemachten Strom verglichen wird und bei jedem Abweichen von seinem Sollwert durch den Differenzstrom die Hauptmaschine durch ihre Hintermaschinen unmittelbar im Sinn einer Herstellung des Sollwertes des Ständerstromes erregt wird.
2. 2. Koimmutatorkaskade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Drehzahl abhängige Vergleichsstrom durch meinen Regler (Öldruckregler) eingestellt wird, dessen Steuerorgan einerseits von der Drehzahl der Kaskade, andererseits über eine an der Gegenfeder des Steuerorgans angreifende Hebelübersetzung vom Arbeiitskolben des Reglers beeinflußt wird.
3. 3. Kommutatorkaskade nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung der Hebelübersetzung die Neigung der Kennlinien (Drehzahl in Abhängigkeit von der Leistung) beeinflußt wird.
4. 4. Kommutatorkaskade nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Steuerorgans durch die Drehzahl einstellbar ist, um eine Parallelverschiebung der Kennlinien zu sich selbst zu erzielen.
5. 5. Kommutatorkaskade nach Anspruch 2 bis 4, gekennzeichnet durch Endbegrenzungen am Arbeitskolben des Reglers, durch die beim Erreichen gewisser einstellbarer Leistungen die Beeinflussung des Steuerorgans durch Drehzahl und 8g Hebelübersetzung verhindert wird, so daß von da ab die Kaskade mit konstanter Leistung arbeitet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen