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Anordnung zur selbsttätigen Konstanthaltung der Frequenz in elektrischen
Anlagen Die Frfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen Konstanthaltung
der Frequenz und gegebenenfalls auch der Spannung mit geringem Aufwand. Diese Anordnung
ist vor allem für Anlagen bestimmt, die keinen besonders großen Leistungsbedarf
aufweisen, bei denen aber die Konstanthaltung der beiden genannten Größen im Vordergrund
steht. Die übliche Art, die Frequenz in einem Versorgungsnetz konstant zu halten,
besteht darin, die zum Antrieb der Synchrongeneratoren dienenden Kraftmaschinen
durch Regler auf gleichbleibende Drehzahl zu regeln. Dies bedingt jedoch, daß der
Regler die volle durch die Kraftmaschine übertragene Leistung steuern und alle auftretenden
Lastschwattkutigen ausregeln muß. Hin Regler, der diesen Ansprüchen genügen soll,
erfordert einen erheblichen Aufwand; trotzdem ist bei plötzlichen Lasteinbrüchen
ein vorübergehender Frequenzeinbruch nicht zu vermeiden.
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In vielen Fällen ist deshalb die Regelung im Netz nur hinsichtlich
der Spannung einigermaßen verläßlich. In anderen Fällen kann irgendeine andere geeignete
Stromquelle zur Verfügung stehen, deren Spannung praktisch konstant ist. Wenn eine
dieser beiden Voraussetzungen erfüllt ist und die Aufgabe vorliegt, für eine Teilanlage
die Frequenz praktisch konstant zu halten, so kann dies nach der Erfindung ohne
Verwendung besonderer Regler in einfacher Weise dadurch erreicht werden, däß die
Leistung für die Anlage einer Asynchronmaschine entnommen wird, die mit schwankender
oder nur in grober Annäherung konstanter Frequenz angetrieben und unmittelbar oder
mittelbar von einem Frequenzwandler gespeist wird, der
seinerseits
über Schleifringe mit beliebiger Frequenz gespeist wird, aber so angetrieben wird,
daß die Frequenz der speisenden Asynchronmaschine konstant bleibt. Die Asynchronmaschine
kann von einer beliebigen Kraftmaschine, beispielsweise auch von einem an einem
Netz stark schwankender Frequenz liegenden Asynchronmotor angetrieben werden, wobei
die Drehzahlschwankungen zweckmäßig so klein gehalten werden, als es ohne besonderen
Aufwand, insbesondere ohne besondere Regeleinrichtungen jeweils möglich ist. Wenn
außerdem genaue Kon,tanthaltung der Spannung in der Teilanlage erwünscht ist, so
kann dies dadurch erreicht werden, daß die den Schleifringen des Frequenzwandlers
zugeführte Erregerleistung dein Stromkreis einer frei laufenden Asvnchronmaschine
entnommen wird, die mit ihrer reinen Wicklung (z. B. der Ständerwicklung) an dem
Netz liegt, dessen Frequenz und Spannung konstant gehalten werden sollen, während
die andere Wicklung (z. B. die Läuferwicklung) von einer Stromquelle mit möglichst
konstanter Spannung, eine solche Spannungsquelle ist ja oben als vorhanden unterstellt,
gespeist wird. Die Frequenz dieser Stromquelle kann dagegen schwanken. Weicht die
Spannung des ersten Netzes von der des zweiten ab, so erfolgt über die frei laufende
Asynchronmaschine ein Blindleistungstausch, unter dessen Einfluß die Asynchronmaschine
über den Frequenzwandler so erregt wird, daß die Spannung im ersten Netz stets wieder
ihrem Sollwert zustrebt. Verschiedenheiten der Frequenz in beiden Netzen wirken
sich so aus, daß die frei laufende Asvnchronmaschine eine der Differenz der Frequenzen
entsprechende Drehzahl annimmt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist in der Zeichnung
dargestellt. In der Abbildung bezeichnet i ein Drehstromnetz, in dein Frequenz und
Spannung konstant gehalten werden sollen. 2 bedeutet ein Netz, in dem die Spannung,
nicht aber die Frequenz, konstant bleibt. Das Netz i wird von der Asynchronmaschine
3 gespeist, die von der am Netz 2 liegenden Asynchronmaschine 4 angetrieben wird.
Bei Schwankungen der Frequenz des Netzes 2 schwankt auch die Drehzahl der beiden
Maschinen 3 und 4; hinzu kommen noch Drehzahlschwankungen bei Belastungsstößen.
Die Asynchronmaschine 3 wird im Läufer durch den Frequenzwandler 5 gespeist, der
von einem Gleichstrommotor 6 angetrieben wird. Den Schleifringen des Frequenzwandlers
wird der Zweitstrom des Stromwandlers 7 zugeführt, dessen Erstwicklung im Ständerkreis
der frei laufenden Asynchronmaschine 8 liegt. Der Läufer dieser Maschine ist gegebenenfalls
über einen regelbaren Umspanner 9 an das Netz i angeschlossen. Der Anker des Antriebsmotors
6 wird aus einer Gleichstromquelle 1o gespeist, seine Erregerwicklung über den Gleichrichter
i i von einem am Netz i liegenden Schwingungskreis, bestehend aus Drosselspule 12,
Kondensator 13 und den beiden Stromwandlern 14 und 15. Die Anordnung wirkt folgendermaßen:
Es sei f1 die Frequenz des Netzes i, f2 die des Netzes 2, f3 die Schlupffrequenz
im Läufer der Maschine 3, f111 die Drehungsfrequenz dieser Maschine und fv die Drehungsfrequenz
des Frequenz«-andlers 5.
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Die Frequenz f1 ist nun gegeben durch f1 - f111 + f:@, (1) ebenso
die Frequenz f_, durch f= - f V - f:3. (2)
Aus beiden Gleichungen erhält
man f1 f111 - f= - f\"# (3) f111 unterscheidet sich \-on f= nur um den Schlupf der
Alaschine 4. Wenn also f1 konstant bleiben soll, muß die Drehungsfrequenz des Frequenzwandlers
5 auf einem Wert gehalten werden, der im wesentlichen konstant ist und sich nur
in geringen Grenzen mit dem Schlupf de: Antriebsmotors 4, nicht dagegen mit der
Frequenz des Netzes 2 ändert. Die Drehzahl des Motors 6 wird in bekannter Weise
durch den Schwingungskreis 12, 13 beeinftußt. Drossel tin<1 Kondensator sind
auf den Sollwert der Netzfrequenz abgestimmt. Im Stromwandler 14 subtrahieren sich
(geometrisch) ihre beiden Ströme und ergeben einen im wesentlichen auch bei Frequenzänderungen
konstant bleibenden Gesamtstrom, der über den Gleichrichter 11 der Erregerwicklung
zugeleitet wird. Im Stromwandler 15 werden dagegen die beiden Ströme geometrisch
addiert und ihr Summenstrom mit dem des Stromwandlers 14 überlagert. Dies erfolgt
in der Weise, daß beim überschreiten des Sollwerts der Frequenz f1 nach oben der
Strom in der Erregerwicklung von 1i zunimmt und beim Unterschreiten abnimmt. Die
Drehzahl von 5 regelt sich dann selbsttätig stets so ein, daß der Sollwert der Frequenz
eingehalten wird. Durch das CTbersetzungsverhältnis des Stromwandlers 15 kann die
Ansprechempfindlichkeit :ehr weit gesteigert werden. Die selbsttätige Spannungsregelung
erfolgt durch die frei laufende Asynchronmaschine B. Sie läßt zwischen den beiden
Netzen i und 2 einen Blindleistungsaustausch zu, ohne Wirkleistung zu übertragen:
ihre Drehzahl richtet :ich nach der Differenz der beiden Frequenzen. Sinkt die Spannung
im Netz i gegenüber der des Netzes 2 ab, dann wird Blindleistung aus dem Netz 2
über die Asynchronmaschine 8 ins Netz i übertragen. Die damit verbundene Zunahme
des Stromes bewirkt über den Stromwandler 7 und den Frequenzwandler 5 eine entsprechende
Zunahme des Läuferstromes der Asynclironniasclline 3. Die Spannung im Netz i strebt
dadurch wieder ihrem Sollwert zu. Durch den regelbaren Umspanner 9 ist eine Verschiebung
des Spannungsniveaus zwischen beiden Netzen möglich.