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Einrichtung zur Regelung einer Asynchronmaschine mit Scherbiushintermaschine,
die einen Widerstandseiregerkreis besitzt Will man bei einem Asynchronmotor eine
Kompoundierung der Drehzahl und eine Phasenkompensation erreichen, so schaltet man
in den Sekundärkreis des Asynchronmotors einen Phasen-'kompensator für Zusatzschlupf,
das ist eine Scherbiushintermaschine,deren Erregung normalerweise aus folgenden
drei Komponenten besteht: einer Kompounderregun.g, einer Widerstandserregung und
einer Drosselerregung. D'ie Kompounderregung wird durch eine vom Sekundärstrom der
Asynchronmaschine durchflossene Kompoundwicklung lier\-orgertifen; sie wirkt wie
eine künstliche, verlustlose Vergrößerung des Sekundärwiderstands der Asyrchronmaschine.
Die Widerstandserregung und die Drosselerregung werden durch entsprechende Erregerströme
der Scherl>iushintermaschine bewirkt. Die Spannungsquelle der beiden letzteren Erregerstromkreise
ist die Schleifringspannung der Asynchronmaschine; dem einen Erregerstromkreis ist
ein Ohmscher Widerstand, dem anderen ein induktiver Widerstand vorgeschaltet. Beide
Erregerströme werden im allgemeinen in einer gemeinsamen Erregerwicklung überlagert.
Pber den Ohinschen Widerstand wird eine Erregerstromkoinponente eingeführt, die
im wesentlichen durch die Schleifringspannung und den Ohmschen Widerstand bestimmt
ist; sie ist demnach praktisch proportional zum Schlupf. Die zweite über die Drosselspule
eingeführte Erregerstromkomponente ist im wesentlichen durch die Schleifringspannung
und den induktiven Widerstand bestimmt, sie ist demnach praktisch vom Schlupf unabhängig.
Die Spannung der Sc'herbiushintermaschine besteht dementsprechend aus zwei Komponenten,
die den
beiden Durchflutungskomponenten proportional sind. Die eine
Spannungskomponente ist der Schlupf -spannung praktisch proportional und ihr entgegengerichtet;
die zweite Spannungskomponente ist praktisch konstant und 9o° ph.asenversehoben
gegenüber der Schlupfspannung. Somit muß die erste Komponente eine Vergrößerung
des natürlichen Schlupfes und die zweite Komponente eine praktisch konstante Phasenkompensation
bewirken.
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Eine solche Kompoundierung der Drehzahl wird mit Vorteil bei der Pufferung
benutzt. Dadurch können die Belastungsspitzen bei Asynchroninotoren, die mit einem
Schwungrad gekuppelt sind, herabgesetzt werden, z. B. bei Antrieben von Walzenstraßen
und bei Ilgnerumformern u: dgl. Eine noch bessere Ausnutzung der Schwungmassen solcher
Antriebe könnte durch eine Drehzahlcharakteristik erreicht werden, die etwa folgenden
Verlauf !tat: nur geringer Drehzahlabfall von Leerlauf bis etwa Vollast (dabei findet
praktisch noch keine Beteiligung des Schwungrads an der Energielieferung statt),
daran anschließend Abfall von der obersten bis zur untersten betriebsmäßigen Drehzahl
bei praktisch konstanter Belastung des Asynchronniotors (dabei wird der Mehrbedarf
an Energie von den Schwungmassen gedeckt). Die Leistungsspitzen werden also völlig
vom Schwungrad übernommen. Nach Abnahme des Leistungsbedarfs der angetriebenen Maschine
wird das Schwungrad durch Beschleunigung bis zur obersten betriebsmäßigen Drehzahl
aufgeladen, wobei der Motor wiederum seine normale Leistung führt. Nach Aufladen
des Schwungrads läuft der Motor wieder leer bis zum nächstfolgenden Laststoß. Eine
derartige Anordnung mit konstanter Leistung der Asynchronmaschine innerhalb zweier
Drehzahlgrenzen könnte auch mit Vorteil für rotierende Netzkupplungsumformer, bestehend
aus Asynchronmaschinen und Synchronmaschine, Verwendung finden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Regelung derLeistungeinerAsynchronmaschine
mit Scherbiushintermaschine, die einen Widerstandserregerkreis besitzt, bei welcher
erfindungsgemäß zur Erzielung einer wenigstens angenäherten Konstanthaltung der
Leistung bzw. des Drehmomentes der Asynchronmaschine innerhalb zweier Drehzahlgrenzen
in den Widerstandserregerkreis der ScherbiushintermaschineRegelmittel eingeschaltet
sind, welche einerseits eine Vergrößerung, anderseits eine Verkleinerung des Schlupfes
herbeiführen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
in Fig. i, 3 und .4 dargestellt. Fig. 2 zeigt im Diagramm dne Wirkungsweise, d.
h. die Drehzahl des Asynchronmotors in Abhängigkeit von seinem Drehmoment, worin
in der Abszissenachse die Leistung L und als Ordinaten die Drehzahl n aufgetragen
ist.
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Die Asynchronmaschine A in Fig. i liegt primär a"in Dreiphasennetz
N und ist sekundär auf die Schert> ushintermaschine Sch geschaltet, die mit
der Hilfsmaschine H gekuppelt ist, welche die Schlupfenergie an das. Primärnetz
zurückliefert. Der Sekundärstrom durchfließt außer der Kompoundwicklung K eine nicht
gezeichnete Kompensationswicklung. Die Kompoundwicklung kann auch teilweise oder
ganz durch Verschiebung der Bürsten aus der neutralen Zone ersetzt werden. Die Erregerwicklung
E der Scherbiushintermaschine wird von den Schleifringen des AsvnclironmotoTs A
gespeist. Sie ist im Beispiel in Doppelstern mit Pliasenüberlappung geschaltet.
Zwischen den Schleifringen der Asynchronmaschine A und der Erregerwicklung der Scherbiushintermaschine
Sch liegen in Parallelschaltung zueinander die Drosselspule D des Drossel -erregerkreises,
der Ohmsche Widerstand W, des schlupfvergrößernden Widerstandserregerkreises und
der Ohmsche Widerstand WZ des schlupfverkleinerndenWiderstandserregerkreises. Der
Schnellregler S ist also sowohl dem Widerstand W, als auch dem Widerstand W2 vorgeschaltet;
er wirkt als Stromteiler, und seine Ausführung entspricht dem bekannten Wälzsektorregler.
Der Schnellregler S wird in Fig. i durch ein Wattmetersystem gesteuert, welches
vom Spannungswandler Sp und vom Stromwandier St gespeist wird.
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Steht der Wälzsektor des Reglers S ganz rechts auf dem zugehörigen
Widerstand, so liegt im schlupfvergrößernden Widerstandskreis nur noch der Vorschaltwiderstand
Wi, und der Widerstandserregerkreis erhält seine maximale Erregung. Gleichzeitig
ist im schlupfverkleinernden Widerstandskreis außer dem Widerstand W2 der ganze
relativ große Widerstand des Schnellreglers vorgeschaltet, so daß dieser Widerstandskreis
nur einen geringen restlichen Strom führt. Derjenige Teil der Erregerwicklung E,
welcher den letzteren Erregerstrom führt, wird in umgekehrter Richtung durchflossen
wie der andere Teil der Erregerwicklung, welcher den ersteren Erregerstrom führt.
Es entsteht somit eine resultierende Widerstandserregung, welche auf Vergrößerung
des Schlupfes wirkt, entsprechend der Geraden a-i der Fig.2. Steht der Wälzsektor
des Schnellreglers S ganz links, so liegt im schlupfverkleinernden Widerstandserregerkreis
nur noch der Vorschaltwiderstand W2; dieser Stromkreis hat also jetzt seine maximale
Erregung. Gleichzeitig ist jetzt im schlupfvergrößern@den Erregerstromkreis außer
dem Widerstand Wi der gesamte Widerstand des Schnellreglers vorgeschaltet, sodaß
dieser Erregerstromkreis praktisch wirkungslos ist. Die entsprechende Drehzahlcharakteristik
der Fig. 2 ist a-7. Steht der Wälzsektor des Schnellreglers S in der Mitte,
so ist die resultierende Widerstandserregung etwa gleich Null, entsprechend der
Geraden a-4 der Fig.2. Zwischenstellungen des Schnellreglers ergeben einen beliebig
feinen Übergang zwischen den beschriebenen Stellungen. Der Drosselerregerkreis mit
der Drosselspule D führt eine zum Widerstandserregerstrom senkrechte Komponente
ein, welche vom Schlupf praktisch unabhängig ist. Sie bewirkt eine praktisch konstante
Phasenkompensation der Asynchronmaschine A. Durch die Wirkung der Spannungsabfälle
entsteht ein geringer lZü ckgang der Phasenkompensation bei Annäherung an den Synchronismus.
Eine Verbesserung der Konstanz
der Phasenkompensation kann durch
die Phasenüberlappung der Erregerwicklung E bewirkt werden.
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Bei getrenntem Antrieb der Scherbius'hintermaschine ist (las Drehmoment
des Asynchronmotors proportional zu seiner Leistungsaufnahme und bei genügender
Phasenkompensation auch zu seinem Primärstrom. Die Regelung kann beispielsweise
derart erfolgen, daß der Schnellregler von der Leistungsaufnahme oder dem Primärstrom
des Asynchroitmotors abhängig gemacht wird. Der Schnellregler vermag denAsynchronmotorinnerhalb
der Grenzen b und c auf konstantes Drehmoment zu regeln. Die Drehzahl des :Motors
folgt jetzt dem Linienzug a-b-c-i. Eine solche Charakteristik ist für die Pufferung
sehr gut geeignet, da sie der angestrehten idealen Charakteristik nahekommt. Die
Energie der Schwungmasse wird zwischen b und c zur Deckung der Lastspitzen herangezogen,
wobei das Drehmoment des Motors konstant bleibt. Eine derartige Charakteristik ist
auch für die Regelung eines Asynchronmotors geeignet, der mit einer Synchronmaschine
als Netzkupplungsumformer zusammengekuppelt ist.
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In gewissen Fällen kann die Erregerwicklung E der Scherbiushintermaschine
Sch mit Vorteil in Dreieck geschaltet werden, wie in Fig. 3 dargestellt.
Dadurch entsteht eine Vereinfachung gegenüber der Schaltung in Doppelstern mit Phasenüberlappung
nach Fig. t. Durch den Übergang von Stern auf Dreieck entsteht bereits die Phasenverdrehung
des Erregerstromes, die durch die Phasenüberlappung erstrebt war. Die beiden Widerstandserregerkreise
(auf Schlupfvergrößerung bzvv. Schlupfverkleinerung) können jetzt nicht mehr genau
einander entgegengerichtet werden. Eine Phasenverdrehung von 12o° e1. bildet aber
in vielen Fällen einen genügenden Ersatz für die Gegeneinanderschaltung. Die Phasenkompensation
des Asynchronmotors über den ganzen Regelbereich ist hier nicht mehr völlig konstant,
(la ein Rückgang der Phasenkompensation bei Annäherung des Schnellreglers S an.
die Endlage für Schlupfverkleitierung (\Välzsektor links) in Kauf genommen werden
muß.
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Wird die Erregerleistung für den Schnellregler S zu groß, so kann
sie mit Vorteil durch eine Erregermaschine verkleinert werden, wie Fig.4 zeigt.
Die Erregermaschine E, besitzt eine Kompoundwicklting K,., deren Durchflutung ein
Vielfaches der für die Erzeugung des Kraftflusses nötigen Durchflutung ist. laadurch
werden die Durchflutung der Kompoundwicklung K, und diejenige der l:rregerwichltiiigen
El und E, der - Erregerinascliiiie einander praktisch gleich, und der Rotorstroni
der l?rregei-ui.tsc.liiiie, welcher zugleich der Erregerstrom der Scherbiushintermaschine
ist, wird proportional der resultierenden Durchflutung der Erregerwicklungen Ei
und E2 der Erregerniaschine E,. Die restiltier,ende Durchflutung von El und
E, hat demnach eine entsprechende Spannung der Sclierlüitsliintei-niascliirie
Sek zur Folge. Beim Beispiel sind die Erregerwicklungen der Erregermaschine
E, in Dreieckschaltung mit einander entgegengesetztem Wickelsinn angeordnet. Die
Widerstandserregerströme mögen in der Wicklung Et schlupfvergrößernd und in der
Wicklung E2 schlupfverkleinernd wirken. Ohmsche Widerstände W1, W2, W3 können
nach Bedarf an den drei Stellen oder nur an zwei von diesen oder nur an einer Stelle
eingeschaltet sein. Eine weitere Verkleinerung der Erregerleistung wird durch Kompensation
der Spannung der Erregerwicklung der Scherbiushinter maschine durch einen Transformator
T bewirkt, welcher primär an den Schleifringen der Synchronmaschine A liegt und
sekundär vom Erregerstrom der Scherbiushintermaschine Sch durchflossen wird.
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In gewissen Fällen kann es von Vorteil sein, die Regulierung nicht
nur untersynchron, sondern auch noch übersvnchron vorzunehmen, indem man z. B. in
den schlupfverkleinernden Widerstandserregerkreis der Scherbius'hintermaschine einen
Frequenzumformer einschaltet, der primär vom Netz N gespeist wird.