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Anordnung an in Stromschaltung erregten Drehstrom-Regelsätzen Für
die Erregung von Drehstrom-Regelsätzen, Netzkupplungsumformern usw.hat sich in neuerer
Zeit als ,zweckmäßigste Erregungsart die Stromschaltung eingebürgert, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß man dem Erregerkreis der ständererregten Kommutatorhintermaschine
Ströme zuführt, die man aus Stromkreisen entnimmt, deren Leistung groß gegenüber
der Leistung des Erregerkreises ist. Auf diese Weise kann man verhindern, daß sich
der mit der Schlupffrequenz veränderliche Scheinwiderstand der Erregerwicklung nachteilig
auf Größe und Phasenlage der von der Hintermaschine gelieferten Spannung und damit
auf die Regelung der Hauptmaschine auswirkt. Die übliche Schaltung erfolgt dabei
in der Wieise, daß den Schleifringen des Erregerfrequenzwandlers über regelbare
Stromwandler die zur Regelung der Drehzahl und des Leistungsfaktors 'benötigten
Ströme zugeführt werden. Diese regelbaren Stromwandler werden häufig als Doppeldrehumspanner
ausgeführt, um stetige Regelung zu erreichen. Obwohl die Stromschaltung es ermöglicht,
das
Regelzubehör nur für die Erregerleistung der Hintermaschine
zu bemessen. da keinerlei zusätzliche Widerstände benötigt werden, erreicht es mitunter,
namentlich bei größeren Leistungen und Regelbereichen, doch größere Abmessungen.
Dies wirkt sich dann auch nachteilig auf die Größe der Regler aus, von denen die
regelbaren Stromwandler betätigt werden. Man hat zu diesem Zweck schon vorgeschlagen,
den Erregerfrequenzwandler über Erregerumformer zu speisen. Erregerumformer normaler
Bauart haben jedoch nicht die für Stromschaltung erwünschten Eigenschaften. Sie
verstärken wohl die zugeführte Energie, doch ist dabei ihre abgegebene Spannung
dem zugeführten Erregerstrom verhältnisgleich, während die Stromschaltung verlangt,
daß der abgegebene Strom dem zugeführten entspricht und die Spannung sich frei einstellen
soll, entsprechend dem jeweils vorhandenen Scheinwiderstand des Erregerkreises.
Man ist dann genötigt, zwischen Erregerumformer und Frequenzwandler einen großen
Scheinwiderstand zu schalten (Drosselspule), der genügend groß gegenüber dem wechselnden
Scheinwiderstand des Erregerkreises ist. Dadurch wird der Erregerumformer unnötig
vergrößert.
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Vorliegende Erfindung zeigt, wie man das Wesen der Stromschaltung
bei Verwendung eines Erregerumformers beibehal ten kann, ohne dessen Abmessungen
unnötigerweise zu vergrößern. Es wird ein Erregerumformer mit starker Ankerrückwirkung,
d.li. mit kleinem Erregerstrombelag und großem Laststrombelag verwendet, so daß
bei festgehaltenem Läuferstrombelag sich der Ständerstrombelag nur unwesentlich
mit der Spannung ändert. Der Ständerstrom des Erregerumformers folgt daher größen-
und phasengleich dem zugeführten Läuferstrom. Dieser selbst wird wieder durch einen
unkompensierten Frequenzwandler gespeist, bei dem auch wieder durch Kleinhaltung
des eigenen Erregerstromes Verhältnisgleichheit zwischen Strornwenderstrom und Schleifringstrom
hergestellt wird. Man kann nun noch einen Schritt weitergehen und die Regelung der
Erregerströme in den Erregerumformer hineinverlegen. Dadurch kommen die regelbaren
Stromwandler ganz in Fortfall. Der Erregerumformer erhält dadurch den Aufbau einer
Wechselstrom-Stromwendermaschine. Die zu regelnden Ströme werden dem Stromwender
über je einen regelbaren Doppelbürstensatz zugeführt.
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Einige Ausführungsbeispiele sollen zur Erläuterung des Erfindungsgedankens
dienen.
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In Fig. i bedeuten eine Asvnchronmaschine. die durch die ständererregte
Stromwenderhintermaschine 2 in Drehzahl und Leistungsfaktor geregelt wird. Deren
Erregerwicklung wird durch den Frequenzwandler 3 gespeist. dieser wiederum über
den Erregerumformer 6, 7 in der bekannten Erregerschaltung mit den beiden Doppeldrehumspannern
5 und 9 für Drehzahl und Leistungsfaktor, die über den Isolierumspanner io und die
große Drosselspule i i am Netz liegen. Über die beiden Umspanner 12 und 13 wird
noch der Strom der Hauptmaschine i den Schleifringen des Frequenzwandlers 6 zugeführt.
Dieser speist wieder die Schleifringe der Maschine 3, deren Aufbau einer Asynchronniaschine
entspricht. Durch entsprechende Bemessung beträgt ihr Laststrombelag ein Vielfaches,
z. B. .4- bis iofaches des Erregerstrombelages. Dies wird erreicht durch kleinen
Luftspalt und große Amperewindungszahl. Bei einer solchen Maschine entspricht dann
der Ständerstrom nach Größe und Phase nahezu stets dem La uferstrom, gleichgültig
ob der Ständer kurzgeschlossen ist oder auf einen veränderlichen Scheinwiderstand
arbeitet. In ähnlicher «'eise wird auch der Frequenzwandler 6 bemessen, so daß sein
Erregerstrom ebenfalls klein gegenüber dem Laststrom wird. Der Motor ; dient lediglich
dem Antrieb des Erregerumformer' zur Deckung seiner Verluste. Da der Erregerumformer
nahezu mit synchroner Drehzahl läuft, kann in seinem Läufer eine Dämpferwicklung
untergebracht werden. Diese verhindert, daß fremde Frequenzen in den Erregerkreis
gelangen, während die -Netzfrequenz ungehindert durch den Erregerumformer hindurchgeht.
Auch im Ständer des Frequenzwandlers kann diese Wicklung untergebracht werden. Die
drei Ströme zur Regelung der Drehzahl, des Leistungsfaktors und zur Erzielung eines
Drehzahlabfalls bei Belastung (Kompoundierung) werden im Erregerumformer überlagert,
verstärkt und alsdann dem Frequenzwandler 3 zugeführt. Eine unmittelbare Einspeisung
des hompoundstroines in den Frequenzwandler 3 findet nicht statt. Im übersynchronen
Regelbereich wirkt die Erregerleistung der Hintermaschine kapazitiv auf den Erregerumformer
zurück. L m zu verhindern. daß sich dieser auf diese Kapazität unerwünscht erregt,
ist die Drosselspule .1 vorgeschaltet, die jedoch in keiner Weise der Erhaltung
der Phasenlage des dem Frequenzwandler zugeführten Stromes dient. in welchem Fall
sie für ein Mehrfaches der Frequenzwandlerleistung bemessen sein müßte. Sie ist
lediglich so bemessen, daß sie die Frequenzwandlerleistung beim größten übersynschronen
Schlupf etwas überragt, so daß für den Erregerumformer die Belastung stets, wenn
auch in geringem 11a1. induktiv bleibt. Dadurch ist sein Ständerstroin immer etwas
kleiner als der Läuferstrom und kann durch diesen sicher gesteuert werden. Die Drosselspule
4 wirkt demnach im übersvnchronen Bereich nur verkleinernd auf den
Erregerumformer.
Im untersynchronen Bereich ist die Erregerleistung vorwiegend induktiv, so daß der
Erregerumformer auch ohne Drosselspule 4 einwandfrei geregelt werden kann. Diese
kann daher in diesem Bereich kurzgeschlossen werden, da sie sonst nur unnötigerweise
der Erregerumformer vergrößern würde.
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In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens
dargestellt, bei der die Regelung der Ströme in den Erregerumformer verlegt ist.
14 bedeutet den Erregerumformer, eine Stromwendermaschine nach Art eines Drehstrom-Reihenschluß-
oder -Nebenschlußmotors. Er ist jedoch wie oben mit kleinem Erregerstrom- und großem
Laststrombelag ausgeführt. Der Stromwender besitzt je nach Bedarf für jeden der
zu regelnden Ströme einen regelbaren Doppelbürstensatz nach Art eines läufergespeisten
Drehstrom-Nebenschlußmotors, so daß nur die Größe des Stromes, nicht aber seine
Phasenlage geändert wird. Die gewählte Stromschaltung sichert Unabhängigkeit der
Ströme voneinander. Der die Drehzahl der Hauptmaschine beeinflussende Strom wird
z. B.. durch den Zweitstrom des Umspanners zo gebildet. Der gleiche Strom durchfließt
in Reihe den Umspanner 15, dessen Zweitwicklung den Strom für die Leistungsfaktor-Regelung
an den zugehörigen Bürstensatz liefert. Die Reihenschaltung der Umspanner ermöglicht
das. Bestehen von Spannungen verschiedener Größe und Phasenlage an den zugehörigen
Bürstenträgern. Die Maschine 14 wird zur Deckung ihrer Verluste durch den Motor
7 angetrieben. Sie arbeitet stets in der Nähe ihrer synchronen Drehzahl. Daher tritt
im Läufer so gut wie gar keine Flußwechselspannung auf. Der Läufer kann daher für
eine hohe Stillstandspannung und kleinen Strom ausgeführt werden, so daß der Stromwender
trotz der drei Bürstensätze klein wird. Die leichtgehenden Bürstenträger können
durch kleine Regler betätigt werden, so daß sich ein erheblicher Vorteil gegenüber
der Regelung mit Drehumspannern und ihren großen Reglern ergibt. Zur Fernhaltung
fremder Frequenzen kann der Läufer eine Käfigwicklung erhalten, der gleichzeitig
der Stromwendung zustatten kommt. Kapazitive Belastung auf die Erregerwicklung der
Hintermaschine wird wie oben durch die Drosselspule 4 verhindert.
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Um den eigenen Erregerstrom der Maschinen 3, 5, 6 und 14 klein gegenüber
ihrem Laststrom zu machen, kann ein Teil dieses Erregerstromes auch durch Kondensatoren
parallel zu ihren Klemmen geliefert werden. Diese Kondensatoren müssen dann lediglich
so bemessen sein, zumindest bei den Maschinen 5 und 14, daß sie nicht den ganzen
Erregerstrom liefern können, damit keine Selbsterregung zustande kommt. Bei den
Frequenzwandlern 3 und 6 besteht diese Möglichkeit nicht, sofern sie keine Wicklung
im Ständer haben und daher kein Drehmoment entwickeln, demnach auch nicht generatorisch
arbeiten können.
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Ein Vorteil der Erregung über Erregerumformer liegt auch darin, daß
man die spannungsabhängigen Verluste im Erregerkreis ausgleichen kann. Man braucht
nur durch entsprechende Einstellung des Bürstenwinkels am Frequenzwandler 6 bzw.
an der Maschine 14 den Erregerumformer etwas generatorisch arbeiten zu lassen.