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Einrichtung zur Steuerung von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken,
die an den Sekundärkreis einer Asynchronmaschine zu deren verlustloser Regelung
' angeschlossen sind Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung von gittergesteuerten
Dampf-oder Gasentladungsstrecken, die an den Sekundärkreis einer Asynchrönmaschine
zu deren verlustloser Regelung ausgeschlossen sind. Zur Steuerung dieser Haupt-
oder Leistungsentladungsstrecken sind gittergesteuerte Hilfsentladungsstrecken 'finit
Dampf-, oder Gasfüllung vorgesehen, deren Gitterkreis eine Spannung mit Schlupffrequenz
und deren Anodenkreis eine Spannung mit Netzfrequenz zugeführt wird. Erfindungsgemäß
wird die Steuerspannung mit Schlupffrequenz zur Erzielung einer bei veränderlichem'
Schlupf konstanten Amplitude einem mit dem Läufer der Asynchronmaschine starr gekuppelten
Frequenzwandler entnommen, dessen Bürsten zur Einstellung -der Phasenlage der Steuerspannung
mit Schlupffrequenz verstellbar sind. Die Steuerwechselspannung mit Netzfrequenz
besitzt ebenfalls z. B mittels eines Drehreglers eine einstellbare Phasenlage. Durch
diese Maßnahmen wird ein stetiger Durchgang der Motordrehzahl durch den Synchronismus
sowie ein Arbeiten im Synchronismus mit einstellbarem Leistungsfaktor .erreicht.
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In der Abbildung ist eine Anordnung nach der Erfindung zur Regelung
der Asynchronmaschine i mit dem Stator a und dem Rotor 3 dargestellt. Die - Statorwicklungen
z sind über den Transformator 5 reit der Primärwicklung 6 und der Sekundärwicklung=?
an
das Wechselstromnetz 4 gelegt. . Gittergesteuerte Entladungsstrecken 8 bis 25, vorzugsweise
Dampf- oder Gasentladüngsstrehken, sind zwischen das Netz 4 und die Rotorwicklung
3 der Maschine i geschaltet, um eine Energieübertragung in beiden Richtungen zu
ermöglichen. Es ist selbstverständlich, daß gewisseEntladungsstreckenmit gemeinsamem
Kathodenpotential auch in einemGefäßuntergebracht sein können. Gläftende Drosseln
29, 30, 31 liegen zwischen den einzelnen Gruppen der Entladungsstrecken. Ihre Mittelanzapfungen
3a sind über den Transformator 5 mit dem speisenden Netz 4 verbunden. Man erkennt,
daß die Entladungsstrecken derart an die Rotorwicklungen angeschlossen sind, daß
eine Energieübertragung in beiden Richtungen zwischen Netz 4 und Rotor 3 möglich
ist. Man erkennt weiterhin, daß die Entladungsstrecken 8 bis 16 gegensinnig zu den
Entladungsstrecken 17 bis 25 angeschlossen sind; d. h. die erste Gruppe
überträgt Strom zum Rotor, die zweite vom Rotor zum Transformator 5, und es sind
bestimmte Gruppen von Entladungsstrecken einzelnen Phasenwicklungen des Rotors 3
zugeordnet. Zudem erkennt man, daß z. B. die Entladungsstrekken 8 bis iö Energie
zu der unteren oder vertikalen Phase der Wicklung 3 bzw. daß die Entladungsstrecken
17 bis ig Energie von dieser Phase ins Netz liefern. In der gleichen Art sind die
anderen Gruppen der Entladungsstrecken den anderen Phasenwicklungen des Rotors 3
zugeordnet.
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Es ist eine Anzahl von Steuerkreisen 32
bis 49 den Entladungsstrecken
8 bis 25 zugeordnet, welche deren Gitter in Abhängigkeit von zwei Betriebsgrößen,
wie z. B. die Spannung des Netkes . und Spannung oder Strom ,des Rotors 3 :der Asynchronnl,aschine
i, steuern. Die Steuerkreise 32 bis 49 sind in Aufbau und Anordnung gleich. Es wird
daher nur der Steuerkreis 32, der der Entladungsstrecke ,8 zugeordnet ist, im einzelnen
betrachtet. Der Steuerkreis 32 enthält zur Einführung einer Wechselspannung, welche
sich gemäß der Spannung des IN etzes 4 ändert, einen Transformator 50 mit
der Primärwicklung 51 und der Sekundärwicklung 52. Ein strombegrenzender Widerstand
52" und eine Vorspannungsquelle, z. B. die Batterie 52b,, sind in Reihe mit der
Sekundärwicklung 52 und dem Gitter 28 geschaltet. Parallel zu der Primärwicklung
51 des Transformators 50 liegt ein geeigneter Scheinwiderstand 53. Um an den Klemmen
des Widerstandes 53 eine Spannung, welche sich mit der Spannung des Netzes 4 und
der Spannung des Läufers der Maschine i ändert, zu erhalten, ist eine gittergesteuerte
Hilfsentladungsstrecke 54, vorzugsweise mit Dampf- oder Gasfüllung, vorgesehen.
In dem Anodenkreis der Hilfsentladungsstrecke 54 liegt in Parallelschaltung der
Widerstand 53 und die Primärwicklung 5i. Ein strombegrenzender Widerstand 58 liegt
im Gitterkreis der Entladungsstrecke 54 mit einer geeigneten Vorspannungsquelle,
' z. B. Batterie 59, in Reihe. Um den Transformator 5o in Abhängigkeit von
der Spannung des Netzes q. zu speisen, ist ein Transformator 6o mit der Primärwicklung
61 und der Sekundärwicklung 62 vorgesehen. Zwischen das Netz 4, d' h. den
Transformator 5, und den Transformator 6o ist ein Pliasenschiebcr, z. B. der Drehregler
63, zur Regelung der Phasenlage der der Primärwicklung 5 i zugeführten Wechselspannung
geschaltet, um über die Hilfsentladungsstrecke 54 den zwischen Netz 4 und Rotor
3 übertragenden Energiebetrag zu regeln. Der Drehregler 63 kann daher zur Regelung
einer Betriebsgröße, z. B. der Drehzahl beim Motorbetrieb oder der Leistung beim
generatorischen Betrieb, verwendet werden.
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Um in die Steuerkreise 32 bis 49 eine Wechselspannung; die sich mit
der Läuferspannurig der Maschine i ändert, einzuführen, ist ein Frequenzwandler
64 vorgesehen. Der Frequenzwandler 64 drückt dem Gitter 57 der Hilfsentladungsstrecke
54 eine Wechselspannung mit der Schlupffrequenz des Läufers 3 auf. Der Frequenzwandler
64 ist durch die Welle 65 mit dem Rotor der Maschine i inechanisch gekuppelt. Er
besteht aus dem Ständer 66 und dem Läufer 67, der eine ähnlich -dem Einankerumformer
aufgebaute Wicklung hat. Die Wicklungen 67 sind mehrphasig an die Schleifringe 68
herausgeführt. Sie w erden vom Netz 4 über den Transformator 5 und die Leiter
69 gespeist. Der Frequenzwandler 6.1 besitzt außerdem .einen Kommutator ;
4 mit einer Anzahl Segmente 71 und .den dazugehörigen Bürsten 72: Die Segmente 71
sind mit geeigneten Punkten der Wicklung 67 ähnlich wie beim Einankerumformer verbunden.
Es sind nur sechs Segmente in der Abb. i. dargestellt, doch wird der Kommutator
eine weit größere .Anzahl besitzen, um die erwünschte Regelung zu erzielen. Es mögen
z. B. etwa Zoo bis 300 sein, die jeweilige Anzahl hängt von dem Entwurf der
Maschine ab. Zur Regelung :der Phasenlage der von den Bürsten 72 abgenommenen Wechselspannung
ist eine geeignete Bürstenverstelleinrichtung mit Bürstenhalterring 73 und Handgriff
vorgesehen. Die Bürstenverstelleinrichtung ermöglicht es; den Leistungsfaktor, unter
dein Energie vom oder zum Rotor übertragen wird, einzuregeln. Weiterkann auch durch
Bürstenverstellung :die Energie zwischen Rotor und Netz geregelt werden: Die Wirkungsweise
der Anordnung nach
Abb. i sei unter der Annahme dargelegt, daß die
Maschine i untersynchron als Motor arbeitet. Unter dieser Annahme wird Energie vom
Läufer 3 zum Netz 4 über die Entladungsstrecken 8 bis 25 und den Transformator 5
übertragen. Dabei arbeiten die Entladungsstrecken 8;b.is25, bezogen auf die Rotorspannung,
als Gleichrichter, bezogen auf die Netzspannung, als Wechselrichter: Die Wirkungsweise
der Steuerkreise, die den Entladungsstrecken 8 bis 25 zugeordnet sind, ist dabei
folgende: Die Entladungsstrekken 54 bleiben außer in vorgegebenen Intervallen, welche
durch:die Steüereinrichtungfestliegen, nicht leitend. Eine negative Gleichstromvorspannung
wird .dem Gitter 57 durch die Batterie 59 über die Sekundärwicklung 7 und die Wicklung
67 des Frequenzwarndlers 64 aufgedrückt. Der Transformator 6o speist den Ano,denkathodenkreis
der Hilfsentladungsstrecke 54 mit einer Spannung gleicher Frequenz wie-die des Netzes
4. Der Frequenzwandler 64 erzeugt mehrphasige Wechselspannungen einer Frequenz,
die dem Schlupf der Maschine i entspricht. Diese Spannungen werden den Gittern 57
der Hilfsentladungsstrecken 54 zugeführt. Es werden also die Transformatoren 5o
nur dann gespeist, wenn die Anodenspannungen der Hilfsentladungsstrecken 54 positiv
sind und wenn,die Spannung mit der Schlupffrequenz, die von dem Frequenzwandler
64 erhalten wird, eine solche Polarität- und Größe hat, um die Hilfsentladungsstrecken
54 leitend zu machen. Es werden also die Hauptentladungsstrecken 8 bis 25 in Abhängigkeit
von der Spannung,des Netzes 4und,der Schlupffrequenz,der Maschine i gesteuert.
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Da der Ständer des Frequenzwandlers 64 nur zur Schließung des magnetischen
Kreises dient, entspricht .die Frequenz der Spannung an,den Bürsten 72 ,der Differenz
der Geschwindigkeit des Drehfeldes der Wicklungen 67 und der des Rotors 3, mit anderen
Worten, die Frequenz der Spannung an den Bürsten 72 ist gleich der Schlupffrequenz.
der Maschine i. Wenn,die Maschine i synchron läuft, arbeitet der Frequenzwandler
64 wie ein Einankerumformer und steuert so, daß Gleichstrom in den Rotor geliefert
wird. Die Steuerungseinrichtung ermöglicht also das Arbeiten der Maschine im Synchronismus.
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Durch Einstellung es Reglers 63 wird die Phasenlage der Anodenspannung
der Hilfsentladungsstrecken 54 geregelt, um eine Regelung des Stromes in,den Rotorwicklungen
3 vu erhalten. Auf diese Weise kann der Scheinwiderstand der Entladungsstrecken
gesteuert werden, um die Geschwindigkeit der Maschine i beim motorischen Betrieb
zu regeln. In gleicher Weise kann die Lage der Bürsten 72 zur Steuerung des Stromes
in den Rotor-Wicklungen und zur Regelung der Drehzahl der Maschine geändert werden.
Dazu kann der Leistungsfaktor der zwischen Rotor 3 und Netz 4 übertragenen -Energie
durch Änderung der Lage der Bürsten 72 eingestellt werden. Natürlich ändert sich
der Leistungsfaktor gleichzeitig, wenn die Drehahl der Maschine durch Änderung der
Lage- der Bürsten 72 geregelt- wird. Durch geeignete Einstellung. des Drehreglers
63 und der Bürsten 72 kann die Drehzahl der Maschine i und der Leistungsfaktor unabhängig
voneinander geregelt werden.
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Während sich die obige Darlegung der Wirkungsweise der 'Erfindung
mit dem motorischen Arbeiten der Maschine im Untersynchronismus beschäftigte, ist
es selbstverständlich, daß die Umrichteranordnung auch zur Stromlieferung in die
Rotorwicklungen eingestellt werden kann, um die Maschine übersynchron zu betreiben.
Bei dieser Betriebsweise arbeiten die Entladungsstrecken 8 bis 25 als Gleichrichter,
bezogen auf das Netz 4, als Wechselrichter bzw. bezogen auf die Rotorwicklung. Der
Übergang von untersynchronem zu synchronem und übersynchronem Betrieb wird durch
Vorwärtsdrehen der Phase der durch den Transformator 6o gelieferten und in die Steuerkreise
eingeführten Spannung und durch Verzögerung der Schlupffrequenzspannung der Maschine
64 durch Verstellung der Bürsten erreicht. Es ist verständlich, daß die Einrichtung
nach der Erfindung auch zur Regelung eines Asynchron@generators Verwendung finden
kann. Wenn,der Rotor durch einen geeigneten Motor angetrieben wird, gestattet die
Umrichteranordnung und die Steuereinrichtung den Betrieb der Maschine i als Generator
bei übersynchronen und untersynchronen Drehzahlen. Es ist jedoch notwendig, eine
Hilfseinrichtung zur Lieferung des Erregerstromes für den Asynchrongenerator vorzusehen,
wie z. B. Kondensatoren. Wenn die Maschine i als Asynchrongenerator Übersynchron
arbeitet, wird Energie von den kotorwicklungen über die Entladungsstrecken 8 bis
25 und den Transformator 5 zum Netz übertragen. Wenn die Maschine i als Asynchrongenerator
untersynchron angetrieben wird, wird Energie vorn Netz zu den Rotorwicklungen hin
übertragen. In jedem Falle wird die durch die Maschine i abgegebene elektrische
Energie durch die beiden Phasenschieber, .den Drehregler 63 und die Bürsten 72 des
Frequenzwandlers 64 geregelt. Der Leistungsfaktor, unter dem der Asynchrongenerator
i arbeitet, kann durch Einstellung der Phasenlage der Bürsten 72 des Frequenzwandlers
64 oder durch Einstellung des Drehreglers 63 .gesteuert werden.