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Einrichtung zum selbsttätigen Synchronisieren von asynchron anlaufenden
Synchronmaschinen -Die Größe der Höchstleistung, die ein Synchronmotor beim Anlaufen
abgeben kann und bei der er trotzdem sicher in Tritt fällt, hängt von dem Punkt
der Spannungs- bzw. Stromwelle der beim Anlassen des Motors in seiner Erregerwicklung
induzierten Wechselspannung ab, bei dem der Erregerwicklung des Motors der Erregerstrom
zugeführt wird. Der Motor kann diese Höchstleistung dann abgeben, wenn er annähernd
in dem Augenblick erregt wird, da die negative Halbwelle des die Erregerwicklung
durchfließenden Schlupfstromes sich dem Werte Null nähert. Infolge der Schaltzeit
des Erregerschalters und der Zeitkonstante des Erregerstromkreises ist es bekanntlich
erforderlich, daß mit dem Einlegen des Erregerschalters in einem Punkte der Stromwelle
begonnen wird, der zeitlich früher liegt als der Beginn der Speisung der Erregerwicklung
'der Synchronmaschine durch den Erregerstrom.
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Es ist nun bereits eine Einrichtung zum selbsttätigen Synchronisieren
von asynchron anlaufenden Synchronmaschinen mit einem Relais zum Einschalten der
Gleichstromerregung bekannt dessen Arbeitswicklung in Reihe mit einem Gleichrichter
an einer der in der Erregerwicklung der Synchronmaschine induziertenWechselspannung
proportionalen Spannung liegt. Bei diesen bekannten Einrichtungen erfolgt jedoch
die Erregung der Maschine in einem Punkte der Stromwelle, der zeitlich später liegt
als der für die Einschaltung der Erregung günstigste Punkt.
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Um nun die Einschaltung der Erregung in dem günstigsten Punkte der
Stromwelle vornehmen zu können, ist gemäß der Erfindung parallel zu dem Gleichrichter
ein eine Voreilung des Stromes gegenüber der Spannung hervorrufendes Gerät, vorzugsweise
ein Kondensator, geschaltet. Dadurch wird erreicht; daß der Nulldurchgang der negativen
Halbwelle des Stromes in der Relaiswicklung zeitlich früher erfolgt als der Nulldurchgang
der negativen Halbwelle der in der Erregerwicklung induzierten Spannung. Die erfindungsgemäße
Einrichtung ermöglicht es; daß die Synchronmaschine trotz ihrer Belastung beim.
Anschalten der - Erregerstromquelle
an die Erregerwicklung der
Synchronmaschine in Tritt gebracht werden kann, ohne daß durch den Schlupf der Maschine
über , einen oder mehrere Pole hervorgerufene wesentliche Schwankungen des Ankerstromes
der Synchronmaschine während des Synchronisiervör_ ganges auftreten.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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Abb. i zeigt einen Synchronmotor i mit einer Ankerwicklung 2 und einer
Erregerwicklung 3. Die Ankerwicklung ist die an das Netz angeschlossene Wicklung,
die im Ständer oder Läufer-. des Synchronmotors angeordnet sein kann. Der Einfachheit
halber ist das Ausführungsbeispiel so gewählt, daß der Synchronmotor durch unmittelbares
Anlegen der Ankerwicklung 2 an ein Wechselstromnetz 5 über einen geeigneten, beispielsweise
handbetätigten Schalter 4 angelassen wird, wobei die Erregerwicklung 3 über einen
Entladungswiderstand 6 kurzgeschlossen. ist.. Eswird also der Motorankerwicklung
die volle Netzspannung zugeführt, so daß der Motor als Induktionsmotor anläuft.
In den meisten Fällen werden die Erregerpole mit einer Käfigwicklung versehen sein,
die aber in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Statt dieser Grobschaltung kann
natürlich jedes .andere Verfahren zum Anlassen und Beschleunigen von Synchronmotoren
auf die annähernd synchrone Drehzahl verwendet werden.
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Das Anschalten der Erregerwicklung 3 an den Entladungswiderstand 6
erfolgt durch einen Schalter 7. In der in der Zeichnung dargestellten Stellung dieses
Schalters ist die Erregerwicklung auf den Widerstand 6, in der anderen Stellung
des Schalters an eine geeignete Erregerstromquelle 8 geschaltet. Der.Schalter 7
ist mit einer Relaiswicklung g versehen, die in erregtem Zustand den Schalter 7
aus der in der Zeichnung dargestellten Stellung in die andere Stellung bringt. Zur
Steuerung des Schalters 7 ist. in bekannter Weise ein Einweggleichrichter io und
ein Relais ii vorgesehen. Der aus dem Gleichrichter und der Arbeitswicklung 18 des
Relais ix bestehende Stromkreis liegt im Nebenschluß zu einem Teil des Entladungswiderstandes
6. Das Relais ii ist zweckmäßig in an sich bekannter Weise mit irgendeiner Dämpferwick-Jung
versehen, so daß seine Kontakte erst dann geschlossen werden, - wenn der Strom in
der Arbeitswicklung 18 in einer bestimmten Zeit unter einen bestimmten Wert gesunken
ist.
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Um zu vermeiden, daß der Schalter 7 geschlossen wird, wenn der Schalter
4 noch geöffnet ist, sind in bekannter Weise in dem Stromkreis der Relaiswicklung
g Kontakte 13 eines Zeitrelais 14 vorgesehen, welches derart gesteuert wird, daß
es seine Kontakte erst dann schließt, -wenn der Schalter 4 bereits geschlossen ist:
- Zweckmäßig- wird dies- dadurch erreicht,-daß in dem Stromkreis des Relais 14 Kontakte
17 vorgesehen werden, die zusammen mit dem Schalter 4 geschlossen werden.
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Damit das Relais ii seine Kontakte 15 in dem günstigsten Punkt der
Welle des die Erregerwicklung des Motors durchfließenden Schlupf-. tromes
schließt, wird erfindungsgemäß zu dem Einweggleichrichter io ein Kondensator 16
parallel geschaltet. Dieser Kondensator verursacht in den Zeitpunkten, da der Gleichrichter
io von keiner . Halbwelle des Schlupfstromes durchflossen wird, @ eine Phasenverschiebung
des die Arbeitswicklung 18 des Relais 11 durchfließenden Stromes gegenüber dem die
Erregerwicklung des Motors durchfließenden Strom. Durch Verwendung eines Kondensators
16 mit einer geeigneten Kapazitätsgröße kann erreicht werden, daß das Relais ii
seine Kontakte 15 innerhalb eines großen Bereiches in jedem gewünschten Punkte der
Spannungswelle zeitlich früher schließt als in dem Punkte der Welle des Schlupfstromes,
in dem der Strom der negativen Halbwelle Null wird.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Soll der
Motor angelassen werden, , so wird der Schalter 4 eingelegt und dadurch die volle
Spannung des Netzes 5 an die Ankerwicklung 2 des Motors gelegt. In der Erregerwicklung
3 des Motors wird dann eine Spannung mit der Schlupffrequenz induziert, die ihrerseits
das hießen eines Schlupfstromes von der Schlupffrequenz durch die Erregerwicklung
3 und den Entladungswiderstand 6 bewirkt. Ein Teil dieses Schlupfstromes fließt
auch durch die Arbeitswicklung 18. des Relais ii, den Gleichrichter io und den Kondensator
16. Fließt der Schlupfstrom in der Erregerwicklung des Motors in der einen Richtung,
so wird durch den Gleichrichter io und die Arbeitswicklung 18 des Relais iz in derselben
Richtung ein ziemlich starker Strom mit der Schlupffrequenz fließen, da der Gleichrichter
io den Kondensator im wesentlichen kurzschließt. Fließt jedoch der Schlupfstrom
in der Erregerwicklung 3 in der anderen Richtung, so wird durch den Gleichrichter
io und die Wicklung 18 nur ein kleiner Strom fließen. Es wird jedoch nicht nur die
Größe des Stromes wesentlich verringert, sondern es wird auch infolge der Wirkung
des Kondensators 16 der durch die Wicklung 18 fließende Schlupfstrom zeitlich früher
durch Null gehen als der die Erregerwicklung 3 durchfließende Schlupfstrom.
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Diese Tatsache kann aus der Abb. 2 ersehen werden, in der die Kurve
A den die Erregerwicklung 3 durchfließenden Schlupfstrom unddie Kurve B denjenigen
Schlupfstrom darstellt, der durch den die Arbeitswicklung 18 endfaltenden Teil des
Entladungsstromkreises fließt. Aus dieserAbbildung ist zu erkennen, daß, wenn der
in der Erregerwicklung 3 fließende Schlupfstrom
in der negativen
Richtung fließt, der die Arbeitswicklung 18 durchfließende Strom mit dem die Erregerwicklung
3 durchfließenden Strom nicht in Phase ist, und daß der die Wicklung 18 durchfließende
Strom zeitlich früher durch Null geht als der in der negativen Richtung fließende
Strom der Erregerwicklung 3.
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Die Größe und Frequenz des das Relais ii durchfließenden Stromes ist
derart, daß das Relais im Augenblick des Anlassens des Motors anspricht und seine
Kontakte 15 so lange offen hält, bis der Motor seine synchrone Drehzahl annähernd
erreicht hat. Nach einer vorbestimmten Zeit nach dem Schließen des Schalters q.
werden auch die Kontakte 13 des Relais 14 geschlossen. Das Relais ist gewöhnlich
so eingestellt, daß seine Kontakte 13 erst dann geschlossen werden; wenn
eine ausreichende Zeit vergangen ist und das Relais ii seine Kontakte 15 geöffnet
hat.
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Während jeder Halbwelle des Schlupfstromes, welche durch den Gleichrichter
io gesperrt ist, fließt ein kleiner Strom durch den Kondensator 16 und die Arbeitswicklung
i8 des Relais ii, und zwar in einer solchen Richtung, daß -das Relais während eines
Teils dieser Halbwelle des Erregerstromes entregt wird. Ist die Dauer dieses entmagnetisierenden
Stromes genügend groß, so wird das Relais ii in dem Punkte der Stromwelle, in dem
der entmagnetisierende Strom gleich Null wird, entregt. Es ist klar, daß infolge
dieser entmagnetisierenden Wirkung das Relais ii in einem zeitlich früher liegenden
Punkte der Kurve A abfallen wird als in dem Falle, wenn keine zusätzliche entmagnetisierende
Wirkung vorhanden ist. Dies bedeutet, daß der Kondensator 6 eine Verschiebung des
Punktes, in dem das Relais abfällt, von dem Punkte C, wo das Relais abfallen würde,
wenn kein Kondensator vorgesehen ist, auf einen zeitlich früher liegenden Punkt,
z. B. P, der Welle des Schlupfstromes in der Erregerwicklung 3 verursacht.
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Die Frequenz des Schlupfstromes ist bis zu dem Zeitpunkt, wo der Motor
eine vorbestimmte Drehzahl erreicht, so hoch, daß die entmagnetisierende Wirkung
des den Kondensator 16 und die Wicklung 18 durchfließenden Stromes nicht so lange
andauert, daß das Relais abfallen kann. Wird jedoch diese vorbestimmte Drehzahl
erreicht, so ist die Dauer des entmagnetisierenden Stromes so groß, daß er das Entregen
des Relais ii und Schließen der Kontakte 15 und dadurch die Erregung der Wicklung
9 des Schalters 7 bewirkt. Der Schalter 7 schaltet dann die Erregerwicklung des
Motors von dem Entladungswiderstand 6 ab und dann an die Erregerstromquelle 8 an,
so daß der Motor in Synchronismus gezogen wird. Durch Verwendung von Kondensatoren
verschiedener Größe kann erreicht werden, daß das Relais i1 seine Kontakte 15 bei
verschiedenen Punkten .P schließt, die zeitlich früher als der Punkt C liegen, in
dem der Schlupfstrom durch Null geht. In dieser Weise kann durch geeignete Einstellung
des Relais ii erreicht werden, daß die Erregung in dem günstigsten Punkte der Welle
des Schlupfstromes dem Motor zugeführt wird.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 liegt parallel zu der Erregerwicklung
18 des Relais ii ein Einweggleichrichter 2o. Dieser Gleichrichter liegt außerdem
in Reihe mit dem Gleichrichter io, ist aber so angeordnet, daß er die entgegengesetzte
Halbwelle des Schlupfstromes gleichrichtet. Der Gleichrichter 2o der Abb. 3 soll
die Arbeitswicklung 18 des Relais ii während der Aufladeperiode des Kondensators
16 überbrücken, d. h. er soll verhindern, daß die Relaiswicklung von diesem Ladestrom
durchflossen wird. Auf diese Weise wird der in dem Relaiseisen zurückbleibende magnetische
Fluß, der durch die Anordnung einer Kurzschlußwicklung längere Zeit bestehen bleibt,
um ein Abfallen des Relais zu verhindern, von dem Ladestrom nicht beeinflußt. Würde
letzterer die Arbeitswicklung des Relais durchfließen, so würde der magnetische
Fluß sofort verschwinden und infolgedessen das Relais abfallen.