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Einrichtung zum selbsttätigen Synchronisieren von asynchron anlaufenden
Synchronmaschinen Es ist bekannt, daß die Größe der Belastung, mit der ein asynchron
anlaufender Synchronmotor belastet und doch sicher in Tritt gebracht werden kann,
von demjenigen Zeitpunkt der Stromwelle des während des Anlassens in der Erregerwicklung
induzierten Stromes abhängt, in. dem die Erregung dem Motor zugeführt wird, und
daß der vollbelastete Motor dann sicher in Tritt gebracht werden kann, wenn die
Erregung etwa in dem Zeitpunkt zugeführt wird, wenn die negative Halbwelle des induzierten
Stromes ihren Nullwert erreicht. Infolge der Schaltzeit des Erregerschalters und
der Zeitkonstante des Erregerstromkreises muß das Schließen des Erregerschalters
bereits in einem Punkte der Stromwelle des induzierten Stromes beginnen, der . zeitlich
früher liegt als der Zeitpunkt, in dem die Gleichstromerregung der Erregerwicklung
zugeführt wird. Es ist nun eine Einrichtung zum Synchronisieren von asynchron anlaufenden
Synchronmaschinen bekannt, bei der die Erregung durch ein Relais gesteuert wird,
das abhängig von der Schlupffrequenz wirkt. Die Erregung wird in einem Punkt der
Schlupfperiode zugeführt, der zeitlich ein wenig später liegt als der günstigste
Zeitpunkt. Diese bekannte Einrichtung besteht aus einem Einweggleichrichter und
einem Relais in Reihenschaltung, wobei das Relais im Nebenschluß zu einem Teil des
Feldentladewiderstandes- liegt. Die Relaisspule ist also an einen Zwischenpunkt
des Entladewiderstandes angeschlossen.
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Um nun der Erregerwicklung die Erregung in dem günstigsten Punkt der
Stromwelle des induzierten Stromes zuzuführen, ist erfindungsgemäß die Stromzuführung
zum anderen Wicklungsende der Relaisspule in zwei an die beiden Enden des Entladewiderstandes
angeschlossene
Pfade verzweigt, von denen der eine einen Kondensator, der andere einen vorzugsweise
regelbaren Widerstand enthält.
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Dadurch ist ein geeigneier Phasenverschiebungsstrotnkreis zwischen
dem Entladewiderstand und dem Relais vorgesehen, um die Phase des Stromes in dem
Relais tun einen vorbestimmtenWert gegenüber der Phase des die Erregerwicklung durchfli,2ßenden
Stromes vorzuverschieben. Die Trägheit des Schalters und die Zeitkonstante des Erre-erstronikreises
kann damit genau ausgeglichen werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschau:icht.
Der Synchronmotor i ist mit einer Ankerwicklung'2 und einer Erregerwicklung 3 versehen.
Zur Vereinfachung der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in Verbindung mit
einer Groi_#,anlaßrichtung beschrieben. Der Synchroi:motor wird durch Anschalten
seiner Ankerwicklung 2 tnhtels eines handi)e:ä:iten Schalters 4. unmittelbar an
die Spannung des Wechselstromnetze: 5 als Induktionsmotor angelassen, wobei die
Feldwicklung 3 durch einen Entladewiderstand 6 kurzgeschlossen ist. Der Motor hat
meistens auch eine Käfiganherwicklung, die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt
ist. Zum Anlassen des Motors und zum Beschleunigen bis auf annähernd s;-iichrone
Drehzahl kann natürlich auch jede andere Anlaßeinrichtung verwendet werden.
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Die Feldwicklung 3 kann durch einen mit der Arbeitswicklung g versehenen
Schalter 7 an die Erregerstromquelle S angeschlossen werden. Zur Steuerung der Erregung
der Arbeitswicklung g liegen in Reihenschaltung ein Einweggleichrichter io und die
Arbeitswicklung eines Relais i i in einem Steuerstromkreis, dem eine Spannung mit
der Schlupffrequenz aufgedrückt ist. Das Relais i i hat vorzugsweise eine aus Kupfer
bestehende Dämpfungswicklung, so daß das Relais seine Kontakte erst dann schließt,
wenn der Strom in der Arbeitswicklung nach einer bestimmten Zeit einen bestimmten
Wert unterschritten hat.
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Um zu verhindern, daß der Erregerschalter 7 bei geöffnetem Schalter
q. geschlossen wird, sind in dem Steuerstromkreis des Erregerschalters die Kontakte
13 eines Zeitrelais 1:1 vorgesehen, welches beim Einlegen des Schalters .l anspricht,
jedoch erst nach Ablauf einer bestimmten Zeit seine Kontakte 13 schließt. Dies wird
dadurch erreicht, daß in dem Erregerstromkreis des Relais 1 4. Kontakte i2 vorgesehen
werden, welche beim Einlegen des Schalters q. ebenfalls geschlossen werden.
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Damit das Relais i i seine Kontakte 15 in dem günstigsten Zeitpunkt
der Stromwelle der in der Erregerwicklung 3 induzierten Spannung schließt, wird
eine Phasenverschiebungseinrichtung vorgesehen, um dem Steuerstromkreis eine Spannung
aufzudrücken, die gegenüber der induzierten Spannung um einen vorbestimmten Wert
phasenverschoben ist. Erfindungsgemäß besteht die Pliasenverschiebungseinrichtung
aus einem Kondensator 16 und einem vorzugsweise einstellbaren Widerstand 17, die
in an sich bekannter Weise in Reihensclialtuiig parallel zu einem Teil des Entladewiderstandes
6 liegen. Der den Einweggleichrichter i o und die Arbeitswicklung des Relais i i
enthaltende Steuerstromkrcis ist an einen Zwischenpunkt des Entladewiderstandes
6 und einen -zwischen dem Kondensator und dem Widerstand liegenden Punkt des Nebenschlußstromkreises
angeschlossen.
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Die erfindungsgetnä#l',e Anordnung arbeitet folgendermafren: Soll
der Klotor angelassen werden, so wird der Schalter :1 geschlossen und dadurch die
volle Netzspannung an die Ankerwicklung 2 des Motors gelegt. Der Motor läuft dann
als Induktionsmotor an und beschleunigt sich auf annähernd die synchrone Drehzahl,
sobald die Erregerwicklung 3 über den Entladewiderstand 6 geschlossen ist. In der
Erregerwicklung 3 wird eine Spannung mit der Schlupffrequenz induziert, welche das
Fließen eines Stromes mit der Schlupffrequenz durch die Erregerwicklung 3 und den
Entladewiderstand 6 zur Folge hat. Ein Teil dieses Stromes fließt auch durch den
in Reihe geschalteten Kondensator 16 und den Widerstand 17.
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Der durch denjenigen Teil des Entladewiderstandes 6, dem der Kondensator
16 und der Widerstand 17 parallel geschaltet sind, fließende Strom erzeugt an diesem
Teil des Widerstandes 6 einen Spannungsabfall, der mit dem Spannungsabfall an dem
Kondensator 16 und auch an dem Widerstand 17 nicht in Phase ist. Die Lage dieser
Spannungen zueinander zeigt Abb.2, in der der Vektor 6' den Spannungsabfall an dem
betreffenden Teil des Entladewiderstandes 6 und die Vektoren 16' und 17' die Spannungsabfälle
an dem Kondensator 16 bzw. dem Ohmschen Widerstand 17 für den Fall darstellen, daß
der Kondensator und der Ohmsche Widerstand den gleichen Widerstandswert haben. Der
Vektor 18' stellt die Spannung dar, die dem den Einweggleichrichter i o und die
Arbeitswicklung des Relais i i enthaltenden Steuerstromkreis zugeführt wird. Abb.2
zeigt, daß die durch den Vektor 18' dargestellte Spannung dem induzierten Strom
um einen beträchtlichen Wert voreilt. Durch geeignete Einstellung des regelbaren
Widerstandes 17 kann die dem Steuerstromkreis aufgedrückte Spannung eine derartige
Lage erhalten, daß sie dem induzierten Wechselstrom um irgendeinen bestimmten Wert
voreilt.
Die Größe und die Frequenz der dem Steuerstromkreis aufgedrückten
" Spannung haben im Augenblick des Anlassens einen derartigen Wert, daß durch den
Einweggleichrichter io- ein Strom fließt, dessen Größe ausreicht, daß das Relais
i i sofort anspricht und seine Kontakte 15 öffnet. Nach einer bestimmten Zeit schließt
dann auch das Relais 1¢ seine Kontakte 13. Der Erregerschalter wird jedoch in diesem
Zeitpunkt noch nicht geschlossen, da die Kontakte 15 des Relais i i noch offen sind.
Das Relais 14 ist normalerweise so eingestellt, daß es seine Kontakte 13 erst dann
schließt, wenn das Relais i i genügend Zeit hatte, seine Kontakte 15 zu öffnen.
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Mit zunehmender Drehzahl des Motors i nimmt die Frequenz der dem Steuerstromkreis
aufgedrückten Spannung ab, so daß die Abstände zwischen den einzelnen Nulldurchgängen
des die Arbeitswicklung des Relais i i durchfließenden Steuerstromes größer werden.
Auf Grund der Verzögerungseinrichtung des Relais i i schließt dieses seine Kontakte
15 erst dann, wenn der Motor eine bestimmte untersynchrone Drehzahl erreicht hat.
Ist diese Drehzahl erreicht, so ist die zeitliche Dauer der Halbwelle des induzierten
Stromes, der nicht durch den Gleichrichter io und die Arbeitswicklung i i fließt,
groß genug, um das Abfallen des Relais i i und das Schließen der Kontakte 15 zuzulassen.
Durch das Schließen dieser Kontakte werden die Arbeitswicklung g des Erregerschalters
7 erregt, die Motorfeldwicklung 3 an die Erregerstromquelle 8 angeschaltet und dadurch
der Motor in Tritt gebracht.
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Durch geeignete Einstellung des Widerstandes 17 kann erreicht werden,
daß das Relais in einem geeigneten Punkt abfällt, so daß die Erregung der Motorwicklung
in dem günstigsten Zeitpunkt der Schlupfwelle de3 induzierten Erregerstromes zugeführt
wird.