DE696050C

DE696050C - Anordnung zur verlustlosen Regelung eines asynchronen Induktionsmotors

Info

Publication number: DE696050C
Application number: DE1936A0080794
Authority: DE
Inventors: John Nicholas Chaviara; James Francis Gill
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1935-10-17
Filing date: 1936-10-18
Publication date: 1940-09-09

Description

Die Lösung der Aufgabe, einen Asynchronmotor ohne Verwendung eines Stromwenders verlustlos und stufenlos zu regeln, ist bereits bekannt. Die bekannte Anordnung besteht aus der Kombination eines Asynchronmotors mit zwei Synchronmaschinen, wobei der Anker der einen als Hintermaschine wirkenden Synchronmaschine mit umlaufendem, von der zweiten Synchronmaschine angetriebenem

ίο Gleichstromerregerteil mit dem Läufer des Asynchronmotors mechanisch und elektrisch gekuppelt ist. Ein derartiger Regelantrieb ist überall dort zweckmäßig, wo in staubigen und gasgefüllten Räumen eine starke Funkenbildung an Wechselstromkommutatormotoren die Möglichkeit einer schweren Gefährdung von Menschen und Material durch Explosion und Brand in sich birgt, beispielsweise in der chemischen Großindustrie.

Die rasche Entwicklung der Drehstromkommutatormaschine hat den obenerwähnten Regelantrieb zeitweise in den Hintergrund gedrängt, so· daß er eigentlich nur dem Prinzip nach bekannt wurde. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß" eine solche Anordnung gegenüber den Drehstromkommutatormaschinen ihren Wert nicht verloren hat. . Die Erfindung bezweckt daher, den vorgenanntein Regelantrieb vorteilhaft weiterzubilden;, und besteht darin, daß der umlaufende Erregerteil der Syncnronhintermaschine eine Erregerwicklung, deren Erregerstrom willkürlich von Hand geregelt wird, und eine zusätzliche, der ersteren gleichachsige Wicklung enthält, deren Erreger strom in Abhängigkeit von irgendeiner Betriebsgröße, beispielsweise der Drehzahl oder dem primären Strom des Asynchronmotors, selbsttätig gesteuert wird. Es kann also jede gewünschte Belastungscharakteristik des Induktionsmotors eingestellt werden. Bei der bisherigen Anordnung hatte der umlaufende Erregerteil der Synchronhinter-

maschine nur eine Wicklung; es konnte also nur eine Regelung· des Schlupfes oder des Leistungsfaktors erfolgen. Mit der erfindungs· gemäßen Anordnung kann jedoch beides erreicht werden. Ordnet man nämlich ein zweites Wicklungssystem an, so dient das eine dazu, eine der Schlupf-EMK der Vordermaschine genau entgegen- oder gleichgerichtete Wirk-EMK zu erzeugen, während das zweite ίο eine phasen voreilende EMK, d.h. eine Blind-EMK, erzeugen kann. Diese beiden nur von der Schlüpfung abhängigen elektromotorischen Kräfte bewirken, daß die Kaskade sich so verhält, als ob die Vordermaschine nicht an der Netzspannung, sondern an einer kleineren oder größeren Spannung liegt. Bei der Belastung des Motors mit einem konstanten Drehmoment wird also die Schlüpfung größer bzw. kleiner sein als in dem Falle, wo der Vordermotor allein wirkt. Man erhält also eine Schlupf- bzw. Drehzahlregelung ohne Verluste bzw. ohne einen Vorschalttransformator, bei der die Hintermaschine je nach der Richtung des Erregergleichstromes bremsend oder treibend wirkt. Die Blind-EMK bewirkt in bekannter Weise eine Phasenverschiebung der Läuferströme im Sinne einer Kompensierung des magnetischen Stromvolumens im Ständer des Vordermotors, d. h. einer Phasenverbesserung. Außerdem wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung die Stabilität im ganzen Drehzahlbereich erzielt, die bei der bisherigen Anordnung mit nur einer Erregerwicklung· nicht möglich war. Bei verhältnismäßig großen Drehzahlen und nur einer sehr schwach erregten Wicklung¹ entwickeln die Läuferströme unter Benutzung des Induktoreisens der Hintermaschine als Rückschluß ein sehr starkes Feld, das wie eine Selbstinduktion wirkt und die Drehmomentbildung im Vordermotor praktisch unmöglich macht. Der Läufer beschleunigt sich daher nach Unterschreiten einer bestimmten Mindesterregung· der Wicklung nicht mehr, sondern fällt in der Drehzahl ab und kommt schließlich zum Stillstand. Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß durch das zweite Wicklungssystem beseitigt, da die von 'diesem erzeugte Blind-EMK die Selbstinduktionsspannung der Läuferströme in weitgehendem Maße aufhebt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung· in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

- Abb. ι zeigt schematisch die erfindungsgemäße Anordnung. Diese besteht aus einem Asynchronmotor 1 und einer Synchronmaschine 2. Der Motor 1 treibt eine mit seiner Welle 4 gekuppelte Last an und besteht aus einem Läufer 3 mit einer Käfigankerwicklung 5, einem mit einer Drehstrom wicklung versehenen Ständer 6 und einem umlaufenden Gleichstromerregerteil 7. Dieser Erregerteil ist mit zwei Erregerwicklungen 8 und 9 ver-. sehen, die über die 'Schleifringe 14 bzw. 15 6,5 und die entsprechenden Bürsten 16 bzw. 17 mit einer Gleichstromquelle verbunden- sind und deren Erregungen durch Regeleinrichtungen unabhängig voneinander geregelt werden. Diese Erregerwicklungen können magnetisch entweder gleichachsig (Einzelpolsystem) «der ungleichachsig (Volltrommelsystem) angeordnet sein. Durch Regelung der Erregung der beiden Erregersysteme kann jede gewünschte Drehzahl oder Belastungs-Charakteristik des Induktionsmotors eingestellt und bzw. oder der Leistungsfaktor verbessert werden.

Das Gleichstromerregersystem 7 ist mit der Welle 10 der Synchronmaschines mittelbar oder unmittelbar gekuppelt und wird von dieser als Motor wirkenden Maschine angetrieben. Die Synchronmaschine 2 liegt mit ihrer im Ständer 13 angeordneten Drehstromwicklung an demselben Netz wie der Motor 1. Die Wicklung 12 des Erregersystems 11 der Synchronmaschine ist über die Schleifringe 18 und die zugeordneten Bürsten 19 mit einer Gleichstromquelle verbunden. Das Erregersystem 7 kann auch von irgendeinem anderen Motor mit der gleichen Drehzahl mechanisch angetrieben werden.

Läuft das Hilfsfeld des Erregersystems 7 ständig mit derselben Geschwindigkeit wie das Drehfeld in dem Ständer 6 des Asynchronmotors um, so haben die in der Läuferwicklung 5. von diesen Feldern induzierten EMKe bei jeder Läuferdrehzahl dieselbe Frequenz. Das Hilfsfeld induziert in dem Läufer eine EMK, welche die gleiche Frequenz hat wie 1 on die Läuferströme. Diese EMK kann in demselben oder in dem entgegengesetzten Sinne wie die EMK des Läufers wirken.

Das Erregersystem 7 hat zwei gleichachsige Erregerwicklungen zur Erzeugung von Watt-EMKen. Außerdem 'können auf dem Erregersystem 7 zwei weitere gegenüber den ersteren um 90 elektrische Grade verschobene, untereinander gleichachsige Wicklungen angeordnet werden, die nur zur Regelung wattloser EMKe no dienen. Meistenteils wird es natürlich möglich sein, die Wirkung dieser vier Wicklungen so zu kombinieren, daß beispielsweise der Verschiebungswinkel einen anderen Wert als 90 elektrische Grade erhält und daher zwei oder drei gleichachsige oder ungleichachsige Wicklungen ausreichen.

Die in Abb. 2 veranschaulichte Anordnung löst die praktisch sehr wichtige Aufgabe, einen Ersatz für den Drehstroninebenschlußkommutatormotor zu schaffen. Die Anordnung nach Abb. 2 unterscheidet sich von derjenigen

nach Abb. ι dadurch, daß die Erregerwicklung 9 über die Schleifringe 15 und die zugeordneten Bürsten 17 an eine Gleichstromerregermaschine 20 angeschlossen ist, deren Welle 21 mit der Welle 4 des Asynchron-. motors gekuppelt ist.

Die Wicklung 9 erhält also- von der Erregermaschine 20 einen mit der Drehzahl wachsenden Gleichstrom (indirekte "Selbsterregung), der 'ein fiktives Feld erzeugt, das mit der Drehzahl von Null ,ansteigt und gegenüber dem durch 'die Erregerwicklung 8 geschaffenen fiktiven Feld und dem gleichgerichteten Drehfeld des Ständers 6 -eine entgegengesetzte Richtung hat. Die Lage des Leerlaufpunktes zwischen Stillstand und Synchronismus kann dann mittels eines Reglers eingestellt werden, der -die Stärke der Erregung in der Wicklung 8 bestimmt und unter Umständen bei sehr niedrigen Drehzahlen auch ihre Richtung umkehrt, während der Drehzahlabfall zwischen Leerlauf und Lastlauf durch die Steilheit bestimmt wird, mit der sich die Erregung· der Wicklung 9 ändert;

g₅ sie ist ebenfalls mittels 'eines nicht gezeichneten! Reglers im Schließungskreis der Wicklung 9 einstellbar.

Die in Abb. 3 'dargestellte Anordnung ist besonders für den Antrieb elektrischer Bahnen

g₀ geeignet und besteht aus einem Asynchronmotor ι und einer mechanisch angetriebenen Synchronmaschine 2. Beide Maschinen sind im wesentlichen ähnlich gebaut wie die 'entsprechenden Maschinen der Anordnung gemaß Abb. 1. Bei dem ersteren Ausführungsbeispiel ist jedoch der Ständer 6 des Motors 1 außer mit einer Drehstromwicklung mit -einer Einphasenwicldung versehen, die in denselben Nuten wie die Drehstromwicklung angeordnet ist. Die Drehstromwicklung des ■ Ständers 6 ist mit der Drehstromwicklung des Ständers 13 der Synchronmaschine 2 " zusammengeschaltet, aber an keine äußere Wechselstromquelle angeschlossen. Die Einphasenwicklung des Ständers 6 ist über'die Leitung 33 mit einem Einphasenhochspannungsinetz verbunden.

Claims

Patentansprüche:

' ι. Anordnung zur verlustlosen Regelung eines asynchronen Induktionsmotors ohne Verwendung eines Stromwenders mit zwei Synchronmaschinen, wobei, der Anker der einen als Hintermaschine wirkenden Synchronmaschine mit umlaufendem, von der zweiten Synchronmaschine angetriebenem Gleichstromerregerteil mit dem Läufer des Asynchronmotors mechanisch und elektrisch gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Erregerteil der Syhchronhintermaschine eine Erregerwick- ■ lung, deren Erregerstrom willkürlich von Hand geregelt wird, und eine zusätzliche, der ersteren gleiehachsige Wicklung 'enthält, deren Erregerstrom in Abhängigkeit von irgendeiner^J Betriebsgröße, beispielsweise der Drehzahl oder dem primären Strom des Asynchronmotors, selbsttätig gesteuert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Drehzahlabfalles des Asynchronmotors zwischen Leerlauf und Lastlauf durch einen Regler eingestellt wird, der in dem Stromkreis der in Abhängigkeit von der Betriebsgröße, beispielsweise der Motordrehzahl, erregten Erregerwicklung des umlaufenden Erreger teils eingeschaltet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem umlaufenden Erregerteil der Hintermaschine noch ein weiteres, gegenüber dem zur Erzeugung von Watt-EiMKen dienenden Erregersystem, um 90 elektrische Grade oder um annähernd 90 elektrische Grade versetztes und aus 'einer oder mehreren Wicklungen bestehendes Erregersystem zur Regelung wattloser EMKe angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Wicklungen der beiden gegeneinander versetzten Erregersysteme zu einer einzdgien Wicklung vereinigt sind, die mit der von Hand gesteuerten Erregerwicklung des ersteren- Systems einen Winkel 'einschließt, der zwischen ο und 90 elektrischen Graden liegt.
5. 'Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer des Asynchronmotors und derjenige der Synchronhintermaschine mechanisch und elektrisch zu einem einzigen Läufer vereinigt sind, der als Kurzschluß- 10s läufer ausgebildet sein kann.
6. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden für Fahrzeugantriebe, insbesondere elektrische Vollbahnlokomotiven, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer des Asynchronmotors mit einer zusätzlichen Einphasenwicklung versehen ist und somit zusätzlich als Phasenumformer arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen