DE733430C - Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung bei Asynchronmaschinen - Google Patents

Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung bei Asynchronmaschinen

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DE733430C
DE733430C DEST58304D DEST058304D DE733430C DE 733430 C DE733430 C DE 733430C DE ST58304 D DEST58304 D DE ST58304D DE ST058304 D DEST058304 D DE ST058304D DE 733430 C DE733430 C DE 733430C
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Germany
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Expired
Application number
DEST58304D
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English (en)
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Uno Lamm
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STALTURBINE GmbH
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STALTURBINE GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/32Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring using discharge tubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

  • Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung bei Asynchronmaschinen Es ist bekannt, die Geschwindigkeit einer Asynchronmaschine dadurch Zu regeln, daß eine der Wicklungen der Maschine an ein Wech.sel-stromneti unmittelbar angeschlossen ist, während die andere Wicklung mit demselben Netz über einen Frequenzumrichter verbunden ist, der mittels Gitter oder in damit gleichwertiger Weise gesteuert wird. Diese einfache Anordnung wirkt jedoch nahe dem Synchronismus nicht befriedigend, da die Spannung auf der letztgenannten Wicklung der Maschine dann im Verhältnis zur Spannung beim Stillstand sehr niedrig ist. Dies macht eine Veränderung der Aussteuerung-des Umrichters innerhalb sehr weiter Grenzen nötig, was schwierig herbeizuführen ist. Hierzu trägt auch bei, daß die meisten Gittersteuerungen, besonders der selbsttätig regelbaren Art, bei niedrigen Frequenzen nicht gut arbeiten.
  • Es ist auch bekannt, die Drehzahl einer Asynchronmaschine dadurch zu regeln, daß man einen Gleichrichter einen rotierenden Umformer oder gegebenenfalls einen Wechselrichter speisen läßt, wobei der Gleichrichter in einem untersynchronen Bereichen den Sekundärklemmen der Asynchronmaschine, die Wechselstromseite des Umformers bzw. Wechselrichters am Netz liegt, während bei Übersynchronismus diese Anschlüsse umgetauscht werden. In der Nähe des Synchronismus wird hier der Gleichrichter gegebenenfalls- kurzgeschlossen, und man läßt den Umformer als Periodenumformer arbeiten, weil ein rotierender Umformer bei niedrigen Periodenzahlen an den Bürsten ziemlich gut als Periodenumformer arbeitet.
  • Die vorliegende Erfindung geht, wie erwähnt, von der Erkenntnis aus, daß ein gittergesteuerter Frequenzumrichter bei niedrigen Frequenzen auf der einen oder. anderen Seite nicht gut arbeitet. Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Asyrichronmaschine bezieht, deren eine Wicklung entweder an das Netz angeschlossen oder gegebenenfalls über eine Gleichstromquelle kurzgeschlossen ist, während die andere Wicklung mit dem Netz über einen Frequenzumrichter verbunden ist, wird deshalb das Arbeiten bei nie=" drigen Frequenzen dadurch vermieden, daß die erstgenannte Wicklung vom Netz - zum Kurzschluß oder zum Netz mit umgekehrte Phasenfolge bei solchen Geschwindigkeitswerten umgeschaltet wird, daß der Strom in der mit dem Umrichter verbundenen Wicklung bei allen Arbeitsgeschwindigkeiten der Maschine mindestens ein Viertel der Netzfrequenz hat.
  • In der Zeichnung ist eine Anordnung zur Ausführung der Erfindung schematisch dargestellt.
  • An ein Drehstromnetz i ist eine Wicklung 5 einer Asynchronmaschine 7 über den Umschalter 2 angeschlossen. An dem Netz liegt weiter ein Frequenzumrichter, der als eine Verbindung zweier gittergesteuerter Stromrichter dargestellt ist. Der eine Stromrichter umfaßt einen Drehstromtransformator, dessen eine Wicklung i i an das Netz i angeschlossen ist, und ein Venti18, dessen Anoden mit der anderen Wicklung 1-2 des Transformators verbunden sind. Der Nullpunkt der Wicklung 12 ist über eine Drosselspule 16 mit der Kathode des Ventils g des anderen Stromrichters verbunden. Das Ventil 8 ist mit Gittern versehen, die bei Wechselrichtung für Sperrung nötig sind, aber nicht notwendig für Spannungsregelung benutzt zu werden brauchen. Der Transformator des anderen Stromrichters hat eine Wicklung 13, mit der die Wicklung 6 der Asy nchronmaschine 7 verbunden ist. während die zweite Wicklung 14 desselben Transformators mit den Anoden des Ventils g und sein Nullpunkt mit der Kathode des Ventils 8 verbunden ist. Eine bei iö schematisch dargestellte Gittersteuervorrichtung regelt die Aussteuerung des Ventils 9.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Geschwindigkeit der Maschine 7 vom Stillstand bis zu einem gewissen untersynchronen Wert, beispielsweise bis zur halben synchronen Geschwindigkeit, in folgender Weise geregelt. Durch den Umschalter 2 wird die Wicklung 5 an das Netz i angeschlossen, das also diese Wicklung mit normaler Spannung und normaler Frequenz speist. Ein Teil der dein Netz entnommenen Leistung wird in mechanische Leistung überführt, während die übrige an das Netz über die Wicklung 6 und den Umrichter zurückkehrt. Einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Maschine 7 entspricht eine Erniedrigung der Frequenz. in der Maschinenwicklung 6 und den Transformatorwicklunen b 13, 14-Die Gitterfrequenz des Ventils g muß der letztgenanten Frequenz gleich sein, und zii diesem Zweck ist es empfehlenswert, die Gitterspannung unmittelbar oder mittelbar aus -dem Stromkreis 6 bis 13 herzuleiten und die Thase oder eine andere den Zündpunkt der "Ventile beeinflussende Größe der Gitterspan-Jung zur Erfüllung eines gewissen Programms, beispielsweise zur Konstanthaltung des Stromes, durch an und für sich bekannte Mittel zu regeln. Gegebenenfalls. und zwar besonders falls die Belastung eine geringe Trägheit besitzt, kann es möglich sein, die Gitterfrequenz von außen zu steuern und die Maschinengeschwindigkeit dazu zwingen, der Gittersteuerung zu folgen.
  • Wenn die Frequenz in der Wicklung von der Netzfrequenz ab allmählich erniedrigt «-orden ist, beispielsweise bis zur Hälfte der Netzfrequenz, ist die Geschwindigkeit der Maschine 7 bis auf den halben synchronen Wert gewachsen. Um die Geschwindigkeit weiter zu erhöhen, unterbricht man in dieser Ausführungsform die unmittelbare Verbindung der Maschine mit dem Netz durch den Umschalter -2 und verbindet anstatt dessen die Wicklung 5 mit einer Gleiclistroinquelle. die als eine Batterie 3 angedeutet ist, oder schließt sie kurz, wobei man gleichzeitig die Phasenfolge in der Wicklung 6 der Maschine durch die Gittersteuerung umkehrt. Eine Anordnung zur Erzielung der Gleichzeitigkeit in dieser Hinsicht ist in der Zeichnung schematisch als eine mechanische Verbindung 4 zwischen dem Umschalter = und der Gittersteuervorrichtung io dargestellt. Die Maschinenwicklung 6 wird jetzt vorn Netz über den Umrichter gespeist, und die Maschine arbeitet in Synchronismus mit der also aufgedrückten Frequenz, falls die Wicklung 5 mit Gleichstrom gespeist wird, bzw. nahe Synchronismus, falls diese Wicklung kurzgeschlossen ist. Durch eine Erhöhung der Gitterfrequenz kann man also die Maschinengeschwindigkeit auf jeden gewünschten Wert erhöhen. In der Praxis wird diese Geschwindigkeit nach oben rin allgemeinen von den Eigenschaften des Umrichters begrenzt, indem die Frequenz und die Spannung des von ihm gelieferten Wechselstroines gewisse Werte zweckmäßig nicht überschreiten können. Als einen geeigneten Grenzwert kann man 1501o der svnchronen Geschwindigkeit nennen, welche Geschwindigkeit erreicht wird, wenn die Frequenz der auf die Wicklung 6 aufgedrückten Spannung 150"1(, der Netzfrequenz beträgt, falle die Wicklung 5 mit Gleichstrom gespeist wird.' Um die Geschwindigkeit weiter bis auf 211.mal der synchronen Geschwindigkeit zii erhöhen, verbindet man die Wicklung 5 aufs neue unmittelbar mit dein Netz i über den Unischalter 2, während die Wicklung 6 immer über den Umrichter gespeist wird. Gleichzeitig mit der Umschaltung muß die vom Umrichter gelieferte Frequenz von dem ebengenannten übersynchronen Wert bis zur Hälfte der Netzfrequenz erniedrigt werden, und. sie kann darauf wieder allmählich auf einen geeigneten Wert erhöht werden, beispielsweise auf t 5o % der Netzfrequenz, was eine Maschinengeschwindigkeit von 25o ojo der synchronen Geschwindigkeit ergibt.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Maschine beim Anlauf in vorher beschriebener Weise, aber mit umgekehrter Phasenfolge eingeschaltet, und die vom Umrichter. bezogene Frequenz wird von der Netzfrequenz ab erhöht anstatt wie im früher beschriebenen Falle erniedrigt. Die Geschwindigkeit der Maschine entspricht hierbei der Frequenz in der Wicklung 6 abzüglich der in der Wicklung 5 herrschenden Netzfrequenz, wobei die letztgenannte Wicklung an das Netz Leistung liefert, wenn die Maschine als Motor arbeitet. Wenn die Frequenz in der Wicklung 6 einen gewissen geeigneten Wert erreicht, wird die Wicklung 5 kurzgeschlossen oder gleichstromgespeist, und gleichzeitig wird die Frequenz in der Wicklung 6 in entsprechendem Maße erniedrigt, um eine plötzliche Geschwindigkeitsänderung zu vermeiden. Darauf wird die Frequenz in der Wicklung 6 wieder erhöht. Die Umschaltung der Wicklung 5 kann beispielsweise bei Synchronismus vorgenommen werden, und die Geschwindigkeit kann darauf auf zweimal die synchrone Geschwindigkeit oder mehr erhöht werden.
  • Anstatt die Wicklung 5 kurzzuschließen oder durch Gleichstrom zu speisen, kann man sie bei gewisser übersynchroner Geschwindigkeit mit umgekehrter Phasenfolge an das Netz anschließen, so daß die Geschwindigkeit der- Maschine der Summe der Frequenzen in den Wicklungen 5 und 6 entsprechen wird.. Falls beispielsweise diese Umschaltung auf umgekehrte Phasenfolge bei dreimal der normalen Frequenz in der Wicklung 6 stattfindet, und falls dieselbe Frequenz in dieser Wicklung nach der Umschaltung erreicht wird, beträgt die Höchstgeschwindigkeit der Maschine das Vierfache der synchronen Geschwindigkeit. Das Verhältnis zwischen der höchsten und der niedrigsten Frequenz des Stromrichters g beträgt dann wie in der. zuerst beschriebenen Ausführungsform 3.
  • Im allgemeinen ist es am einfachsten, den Stromrichter 8 mit hauptsächlich konstantem Verhältnis zwischen Gleichspannung und Wechselspannung arbeiten zu lassen, beispielsweise beim höchsten zulässigen Wert dieses Verhältnisses, wodurch der dem Netz entnommene oder an das Netz abgegebene Strom einen hohen Leistungsfaktor erhält. Die ganze Spannungsregelung durch Gittersteuerung soll also im Ventil g stattfinden. Da letzteres also bei konstanter Gleichspannung arbeitet, wird seine maximale Wechselspannung einem Minimum des Leistungsfaktors entsprechen. Um diesen Umstand zu kompensieren, können Kondensatoren 15 parallel zur Maschinenwicklung 6, beispielsweise in Dreieck zwischen deren Klemmen liegen, wie die Zeichnung darstellt. Die von diesen Kondensatoren gelieferte Blindleistung wird proportional der Frequenz und dem Quadrat der Spannung, und da die Spannung der Frequenz praktisch proportional ist, wird die kompensierende Wirkung der Kondensatoren hauptsächlich proportional der dritten Potenz der Spannung und also hoch, wenn das Bedürfnis einer derartigen Kompensierung aus oben angegebenen Gründen groß ist.
  • In gewissen Fällen sieht man zweckmäßig auch eine Spannungsregelung im Ventil 8 vor, wodurch ein höherer Mittelwert des Leistungsfaktors im ganzen umrichtenden System erreicht werden kann, besonders falls die Maschine vorzugsweise innerhalb gewisser Geschwindigkeitsgrenzen arbeitet.
  • Allgemein gesehen; hat man wenigstens vier verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung des Leistungsfaktors, nämlich eine erzwungene Kommutierung beider .Ventile, die Kondensatoren 15 und die Gleichstromerregung durch die Stromquelle 3. Alle diese Mittel können jedes für sich oder. in Verbindung verwendet werden, um die Anordnung unter den günstigsten Bedingungen arbeiten zu lassen.
  • Falls Kondensatoren verwendet werden, können sie zweckmäßig mit Seriendrosselspulen versehen werden, um stärkere Oberwellen zu unterdrücken.
  • In jedem der beschriebenen Fälle kann die Maschine als Motor oder als Generator entsprechend der Energierichtung arbeiten. Die Gittersteuerung kann in diesem Falle nach Umschaltung der Spannung im Gleichstromkreis zwischen den Ventilen geändert werden. Die dargestellte Einwegschaltung der letzteren mit einem anderen Transformator kann durch die wahlbekannte Zweiwegschaltung (Graetzschaltung) ersetzt werden, bei der kein derartiger Transformator erforderlich ist.
  • Unter einer unmittelbaren Verbindung zwischen der Maschine und dem Netz wird in dieser Beschreibung eine Verbindung ohne Frequenzumrichtung verstanden, die jedoch einen Transformator oder eine dritte Wick-@ lung des Transformators 11, 12 enthalten kann. Die auf die Stromrichterv entile aufgedrückte Spannung soll im allgemeinen möglichst hoch gehalten werden, um die prozentualen Verluste zu vermindern. Falls eine Zweiwegschaltung verwendet und eine hohe Spannung einer der Maschinenwicklungen aufgedrückt wird, soll diese Wicklung vorzugsweise die Ständerwicklung sein.
  • Die Maschine und der damit verbundene Teil des F.requenzumrichters kann auch eine andere Phasenzahl als das Netz besitzen, beispielsweise zwei oder vier Phasen, was eine einfachere Schaltung des Umrichters gibt, besonders falls letztere direkt ohne Gleichstromzwischenkreis arbeitet. Die an das Netz angeschlossene Maschinenwicklung soll in diesem Falle über einen Transformator mit Scottschaltung oder damit gleichwertiger Schaltung angeschlossen sein.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung bei Asynchronmaschinen, bei denen die eine Wicklung unmittelbar an ein Netz angeschlossen oder, gegebenenfalls über eine Gleichstromquelle, kurzgeschlossen ist, während die andere Maschinenwicklung finit dein Netz über einen Frequenzumrichter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der erstgenannten Wicklung vom Netz zum Kurzschluß oder zum Netz mit unigekehrter Phasenfolge bei solchen Geschwindigkeitswerten stattfindet, daß die Frequenz in der mit dein Umrichter verbundenen Maschinenwicklung bei allen Arbeitsgeschwindigkeiten der Maschine wenigstens gleich einem Viertel der Netzfrequenz ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet. daß vom Stillstand bis auf eine gewisse untersynchrone Geschwindigkeit die eine Maschinenwicklung unmittelbar am Netz liegt und die andere mit dem Netz über einen Umrichter verbunden ist, während zwischen der ebengenannten Geschwindigkeit und Synchronismus die eine Wicklung mit dein Netz über den Umrichter verbunden und die andere kurzgeschlossen oder mit einer Gleichstromquelle verbunden ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Maschinen-Wicklung mit dein Netz über den Umrichter bei allen Geschwindigkeiten zwischen Stillstand und Synchronismus verbunden ist, während die Phasenfolge des diese Wicklung speisenden Mehrphasensysteins durch die Gittersteuerung umgelehrt wird, wenn die andere Wicklung vom Netz abgeschaltet und kurzgeschlossen oder an eine Gleichstromquelle angeschlossen wird. q.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von Synchronismus ab bis zu einer dem Anspruch i entsprechend zu wählenden übersynchronen Geschwindigkeit die eine Maschinenwicklung mit dem Netz über den Umrichter verbunden ist, während die andere kurzgeschlossen oder an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, und daß von der genannten übersynchronen Geschwindigkeit ab die erstere Wicklung unmittelbar und die letztere über den Umrichter mit umgekehrter Phasenfolge am Netz liegt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß vom Stillstand ab die eine Maschinenwicklung mit dein letz über den Umrichter verbunden ist, welch letzterer derart gesteuert wird, daß er eine Frequenz zuerst gleich, dann höher als die des Netzes liefert, während die andere Wicklung unmittelbar an das Netz angeschlossen ist und an dieses bei untersynchronem Motorbetrieb Leistung abgibt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Maschinenwicklung bei Erhöhung der Geschwindigkeit über einen gewissen Wert, beispielsweise Synchronismus, hinaus kurzgeschlossen oder gleichstromgespeist wird, während die vom Umrichter abgegebene Frequenz von dem zu dieser Drehzahl gehörigen Wert an hinauf geregelt wird. ;. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bei untersynchroner Geschwindigkeit vorhandene Schaltung bis zu einer gewissen übersynchronen Geschwindigkeit beibehalten wird und daß die Phasenfolge in der am Netz liegenden Wicklung darauf unter gleichzeitiger Erniedrigung der vorn Umrichter abgegebenen Frequenz umgekehrt wird.
DEST58304D 1938-01-15 1939-01-15 Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung bei Asynchronmaschinen Expired DE733430C (de)

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DE (1) DE733430C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE958408C (de) * 1944-11-23 1957-02-21 Siemens Ag Regelantrieb fuer die Hilfsmaschinen eines Dampfkraftwerkes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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