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Drehstrom-Nutzbremsstand für die Leistungsprüfung von Antriebsmaschinen
Zusatz zum Patent 845 418 Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung des
Drehstrom-Nutzbremsstandes für dieLeistungsprüfung von Antriebsmaschinen nach Patent
845 418, bei dem die Antriebsmaschine in an sich bekannter Weise über einen asynchronen
Generator mit Kurzschluß- oder Schleifringläufer generatorisch abgebremst wird,
derart, daß die von der Antriebsmaschine abgegebene Leistung, abzüglich der Verluste
des Bremsdynamos, wiedergewonnen wird und wobei die Einstellung des Generators auf
ül>ersynchrone Drehzahl durch Drehzahleinstellung der abzubremsenden Maschine,
gegebenenfalls in an sich bekannter Weise durch Zwischenschaltung eines Riemenvorgeleges
oder eines Getriebes, erfolgt, wobei ferner die Einstellung des erforderlichen Drehmomentes
des Generators in an sich bekannter Weise durch Widerstandsänderun,g im Läuferkreis
oder durch Spannungsregelung der Klemmenspannung mittels eines Drehtransformators
oder Schubtransformators oder regelbarer Drossel spulen. erfolgt, indes mit der
Maßgabe, daß die abgebremste Leistung einschließlich der Verluste des Bremsgenerators
elektrisch gemessen wird.
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Gemäß der zusätzlichen Erfindung kann die Drehmomentveränderung stetig
durch gleichzeitige Änderung der Ständerreaktanz und der Klemmenspannung dadurch
erfolgen, daß der Ständer des asynchronen Bremsgenerators in axialer Richtung verschiebbar
angeordnet ist, wobei zum Zweck der Drehmomentregelung der Ständer je nach der Ständerstellung
den ganzen Läufer oder nur einen Teil des Läufers induziert, während die nicht induzierende
Ständerwicklung als Drosselspule wirkt und dadurch nur eine Teilspannung an dem
den Läufer induzierenden Teil der Ständerwicklung liegt, gleichzeitig aber auch
der Läufer nur teilweise induziert wird und sein nicht induzierter Teil als zusätzliche
Läuferimpedanz wirksam wird. Der Läufer kann in Verlängerung seiner Ac'hse, nach
der hin der Ständer axial verschiebbar ist, zur Erhöhung der Drosselwirkung der
Ständerwicklung ein Blechpaket ohne Wicklung besitzen. Mit Rücksicht auf die axiale
Verschiebung des Ständers wird der Luftspalt des asynchronen Brernsgenerators zweckmäßig
größer äls normal ausgeführt.
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Zur Verbesserung der Blindbelastung des Netzes können Kondensatoren
vorgesehen werden.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß die abgegebene Leistung des asynchronen
Bremsgenerators dadurch ermittelt werden, daß das Drehmoment ausgewogen wird und
mit der gemessenen Drehzahl der Leistungsbestimmung dient, oder auch dadurch, daß
die abgebremste Leistung einschließlich der Verluste des asynchronen Bremsgenerators
elektrisch gemessen werden. Der Messung der Ständerkupferverluste dient erfindungsgemäß
ein Wattmeter, dessen Spannungsspule an einem Meßwiderstand liegt, der von einem
dem Ständerstrom proportionalen Strom durchflossen wird und dessen Widerstand in
einem bestimmten Verhältnis zum Ständerphasenwiderstand steht. Dieser Meßwiderstand
besitzt zweckmäßig den gleichen Temperaturkoeffizienten wie die Ständerwicklung
des asynchronen 13remsgenerators und ist als ein thermisches Abhild der Ständerwicklung
hergestellt. Weiterhin ist es hierbei empfehlenswert, den Meßwiderstand in der Wicklung
des Ständers des asynchronen Bremsgenerators thermisch gut leitend unterzubringen
oder mit thermisch gutem Kontakt mit der Wicklung oder dem Ständereisen in Verbindung
zu hringen.
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Der Messung der Läuferverluste dient zweckmäßig ein Wattmeter. Hierbei
dienen zweckmäßig die einer Hilfswicklung des asynchronen Bremsgenerators über einen
Stromwender abgenommene soperiodische Sclxlupfspannung und der Ständerstrom oder
ein diesem entsprechender Wandlerstrom der Messung der Läuferverluste. Die der Läuferschlupfspannung
proportionale Meßspannung wird einem mit dem asynchronen Bremsgenerator gekoppelten
Meßgenerator entnommen. Ferner kann die gleichgerichtete Schlupfspannung des asynchronen
Bremsgenerators über das Drehmoment eines Spannungsmeßsystems eine der Schlupfspannung
proportionale 50periodisefhe Meßspannung an einem Ringrohr- oder Schleifdrahtspannungsteiler
oder an einem nach Art eines Drehtransformators ausgebildeten induktiv gekoppelten
Spulenmeßsystem einstellen. Diese der Schlupfspannung proportionale soperiodische
Spannung wird dem Wattmeter für die Messung der Läuferverluste zugeführt. Die Wattmeter
für die Verlustmessungen oder das Wattmeter für die Messung der generatorischen
Leistung können drehbare Skalen oder drehbare, gegenüber dem Nullpunkt verschiebbare
Meßsysteme besitzen, so daß die konstanten Luft-, Lager-, Eisen- und Getriebe- bzw.
Vorgelegeverluste fest oder für die jeweiligen Drehzahlen vor der Messung einstellbar
sind.
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Die Meßsysteme für die Messung der Ständer-und Läuferverluste können
gegebenenfalls zusammen mit dem die Generatorleistung messenden System in einem
Meßgerät zusammengefaßt werden.
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Schließlich kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Meßwerte
der die Verluste messenden Wattmeter miteinander oder zusammen mit dem Meßwert des
die generatorische Leistung messenden Wattmeters elektrisch in an sich hekannter
Weise addiert werden.
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Erfindungsgemäß wird somit Bremsleistung dadurch unmittelbar elektrisch
meßbar gemacht, daß die Generatorverluste, bestehend aus Ständerkupfer- und Läuferverlusten
des asynchronen Bremsgenerators, gemessen werden, wobei die konstanten bzw. für
ein bestimmtes Drehzahlverhältnis festliegenden Verluste der Luft- und Lagerreibung
sowie die Eisenverluste diesen Meßwerten zugeschlagen oder an einem Verlustwattmesser
als feste Verluste eingestellt oder von vornherein in der Skala vorgegeben werden.
l)ie Verluste können auch als zusätzliches Drehmoment, das auf das die Generatorleistung
anzeigende Wattmeter einwirkt. wirksam gemacht werden.
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Die Veränderung des Drehmomentes des asvnchronen Generators durch
Widerstandänderung im Läuferkreis oder durch Reaktanz- oder Klemmenspannungsänderung
im Ständerkreis oder durch beide zugleich gestattet bei Abl,remsung von An triebsmaschinen,
deren Drehzahl sich nicht regeln läßt, z. B. bei der Abbremsung von Asynchronmotoren,
eine verlustlosere Feineinstellung der Bremsleistung bei gröberer Einstellung der
Getriebe oder der Riemenübersetzung und macht die Bremsdynamo bei unmittelbarer
Kopplung oder bei Verwendung grobstufiger Getriebe oder Vorgelege in einem weiteren
Leistungsbereich bei besserem Gesamtwirkungsgrad verwendbar.
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Gegenüber den üblichen Wasserwi rlielbremsen gestattet die Nutzbremsung
gemäß der Erfindung eine Rückgewinnung der Bremsleistung und außerdem einen guten
Gesamtwirkungsgrad. Ein wesentlicher Vorteil des asynchronen Bremsgenerators gegenüber
Wasserwirbelbremsen besteht darin, daß der Bremsgenerator gleichzeitig als normaler
läufergeregelter Asynchronmotor zum Einfahren der abzubremsenden Antriebsmaschinen
verwendbar ist. Dies ist beispielsweise bei schweren Antriebsmaschinen, wie Kolbenmaschinen,
von Vor-
teil. Durch Verwindung der Schlupfregelung kann die Finfahrdrehzahl
vorteilhafterweise mit niedrigen Werten begonnen und bis zur Betriebsdrehzahll gesteigert
werden.
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Entscheidend für die praktische Verwendbarkeit des asynchronen Generators
als Nutzbremsmaschine ist eine hinreichend genaue Messung der ahgebremsteil Leistung.
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Die Messung erfolgt nach Fig. I der Zeichnung.
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Es bedeutet I das Wattmeter für die an das Netz abgegebene Generatorleistung,
2 das Wattmeter für die Messung der Ständerkupferverluste, 3 das Wattmeter für die
Messung der Läuferverluste, 4 ist ein dem Widerstand einer Ständerphase proportionaler
Widerstand, 5 die Ständerwicklung des asynchronen Generators, 6 dessen Läuferwicklung,
7 die Ständerwicklung eines nicht näher bezeichneten Meßgenerators zur Feststellung
der Schlupfspannung, falls ein Meßgenerator zur Verwendung kommt, 8 die Läuferwicklung
dieses Meßgenerators oder eine in den Läufernuten oder in Läuferhilfsnuten der asynchronen
Bremsdynamo untergebrachte Meßwicklung für die Schlupfspannung, an der über einen
Stromwender die der Schlupfspannung des asynchronen Generators proportionale Meßspannung
als 50periodische Spannung abgenommen wi rd.
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Die konstanten Verluste des Maschinensatzes wie Luft-. Lager- und
Eisenverluste sowie die Verluste eines Getriebes oder Riemenvorgeleges werden den
an den Wattmetern gemessenen Verlusten zugeschlagen oder durch Verschieben der Skala
des Wattmeters oder des Meßsystems eines der Wattmeter vorgegeben.
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Die lastbhängigen Verluste bestehen aus den Ständerkupferverlusten
und den Läuferkreisverlusten des asynchronen Generators. Die Messung der Ständerkupferverluste,
die dem Ständerwiderstand und dem Quadrat des Ständerstromes proportional sind,
erfolgt mit einem Wattmeter, dessen Stromspule vom Ständerstrom bzw. von einem ihm
entsprechenden Wandlerstrom i durchflossen wird und dessen Spannungsspule an eine
dem Ständerstrom und dem l)ekannten Ständerwiderstand proportionale Spannung gelegt
wird. Das Wattmeter 2 mißt die Ständerkupferverluste 3 J1². Rph. 4 ist der dem Ständerphasenwiderstand
proportionale Meßwiderstand von der Größe r, an dem die Verlustspannung const 3
Rph . J1 = i . r abgegriffen und dem Wattmeter für die Ständerkupferverluste zugeführt
wird.
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Die im Läufer auftretenden Verluste entsprechen dem Ausdruck U2 2
cos #2, wobei nach Fig. 2 U die dem asynchronen Rremsgenerator ständerseitig zugeführte
Spannung und U l <5 @ proportional der Scblupfspannung ist, da die im Läufer
auftretende Spanung U2 bekanntlich gleich der EMK U1 im Ständer multipliziert mit
dem Schlupf # ist. I2 ist der Läuferstrom und #2 die zwischen U2 und J2 im Läufer
auftretende Phasenverschiebung. i0 ist die magnetisierende Stromkomponente und I1
der gesamte Ständestrom. Da die induzierte Läuferspannung U2 um I8o elektrische
Grade der induzierten Ständerspannung. die der Generatorspannung entspricht, nacheilt,
kann nach dem Diagramm des Asynchronmotors bzw. -generators die Läuferverlustleistung
U2 I2 cos #2 auch durch die Beziehung U2 I1 cos pl ausgedrückt werden, wobei I1
cos #1 die Wirkkomponente des Ständerstromes, bezogen auf die Generator-EMK Ul,
ist. Da die induzierte EMK U2 im Läufer der EMK es Ständers um 180 elektrische Grade
nacheilt, werden die Läuferverluste durch das einem Wattmeter gebildete Drehmoment
aus I1 cos #1 und U1 . #, einem Wert, der U1 . # . I1 . cos #1 bzw. U2 . I2 . cos
#2 entspricht, physikalisch korrekt und wertmäßig richtig erfaßt. Wie aus dem Diagramm
des Asynchronmotors bzw. -generators nach Fig. 2 ersichtlich ist, ist hier #1 nicht
der Winkel zwischen Netzspannung und Strom, sondern der Winkel zwischen Generator-EMK
U1 und dem Ständerstrom ll.
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Die Messung der Läuferverluste erfolgt mit einem Wattmeter 3, dessen
Stromspule vom Wandlerstrom i durchflossen wird und dessen Spannungsspule an einer
der Schlupfspannung U1 . # des asynchronen Bremsdynamos proportionalen Spannung
liegt. Die der Läuferspannung proportionale Spannung wird über einen dem Meßzweck
entsprechend klein Bemessenen Stromwender einer Hilfswicklung entnommen, die in
den Läufernuten untergebracht ist oder in Läuferhilfsnuten eingelegt wird.
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Außer von einer Hilfswicklung kann die der Schlupfspannung des asynchronen
Bremsdynamos proportionale Spannung auch von einem mit der Welle des asynchronen
Generators gekoppelten kleinen Meßgenerator entnommen werden, dessen Läuferwicklung
zur Erzierlung einer 50periodischen Spannung an einem Stromwender liegt. tu Stelle
der Messung der Läuferverluste mit einer Anordnung nach Fig. I kann beispielsweise
auch die Messung der Läuferverluste mit einer Anordnung nach Fig. 3 erfolgen. In
diesem Fall wird die der Läuferwicklung des asynchronen Bremsdynamos oder einem
Meßgenerator über Schleifringe entnommene Spannung von Schlupffrequenz in eine soperiodische
Spannung umgewandelt.
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Diese Umwandlung erfolgt über einen Ringrohrspannungs teiler oder
über einen Schleifkontaktspannungsteiler oder auch über ein nach Art eines Drehtransformators
ansgebildetes induktiv gekoppeltes Spulenmeßsystem. Die index Gleichrichteranordnung
10 gleichgerichtete Schlupfspannung stellt mit Hilfe des Drehmomentes eines Spannungsmessers
1 1 den Ringrohr- oder den Schleifdrahtspannungsteiler l>zw. das induktiv gekoppelte
Spulenmeßsystem 9 auf eine der Schlupfspannung proportionale 50periodische Wechselspannung
erforderlicher Größe ein. Die 50periodische, der Schlupfspannung proportionale Spannung
wird der Spannungsspule des Verlustwattmeters 3 zugeführt.
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Die Äteßsysteme von zwei oder auch von allen drei Wattmetern können
mechanisch so gekoppelt werden, daß die Gesamtverluste oder auch die generatorisch
abgegebene Leistung abzüglich der Verluste an einer Skala abgelesen werden können.
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An Stelle der Entnahme der Schlupfspannung
aus einer
Hilfswicklung des asynchronen Generators ist auch die Entnahme derselben über eine
Anzapfung der Läuferwicklung, wie in Fig. 3 dargestellt, möglich. In diesem Fall
erfolgt die Schlupfspannungsmessung zwischen einem Schleifring der Läuferwicklung
6 des asynchronen Generators und dem Nullpunkt, der über einen vierten Meßschleifring
herausgeführt ist. Ebenso wie in der Anordnung gemäß Fig. 1 kann auch die Schlupfspannung
für die Messung der Läuferverluste in der Anordnung gemäß Fig. 3 einem Hilfsmeßgenerator
über Schleifringe entnommen werden.