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Frequenz- und Phasenumformer Es wurde bereits vorgeschlagen, die Umformung
der Frequenz und der Phasenzahl eines Einphasennetzes durch Speisung einer Belastung
mit Hilfe von Umformeraggregaten vorzunehmen, welche einen Motor und einen rotierenden
Frequenzumformer mit einem Zwischenläufer aufweisen. Die Patentinhaberin hat an
derartigen Aggregaten verschiedene Verbesserungen vorgenommen und auch bereits vorgeschlagen.
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Die von P. Letrilliart herrührende Erfindung hat insbesondere zum
Gegenstand, die gleichen Ergebnisse mit Hilfe von ganz normal gebauten Maschinen
zu erhalten. Erfindungsgemäß besteht ein Frequenz- und Phasenumformeraggregat zur
Umformung des Einphasenstroms konstanter Frequenz in Mehrphasenstrom mit in weiten
Grenzen regelbarer Frequenz aus zwei Asynchronmaschinen mit gewickelten Läufern,
welche mechanisch miteinander verbunden sind, und einer durch das Einphasennetz
gespeisten Synchronmaschine, welche als synchrone Mehrphasenausgleichsmaschine benutzt
wird, um diese Asynchronmaschinen mit Mehrphasenstrom zu speisen.
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Die Verbindung der beiden Asynchronmaschinen mit der Belastung und
mit der Synchronmaschine erfolgt auf verschiedene Weise in Kombination mit der Umschaltung
und dem Wechsel der Polzahl wenigstens einer der Maschinen des Aggregates zur Erzielung
mehrerer relativer Drehgeschwindigkeiten, welchem verschiedene abgegebene Frequenzen
des Aggregats entsprechen.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung an. Hand eines,
Ausführungtsbenspiels erläutert.
Abb. I ist ein vereinfachtes Schaltbild
des den Gegenstand der Erfindung bildenden Aggregats; Abb. 2 bis 6 stellen verschiedene
Schaltschemata dieses Aggregats dar.
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Auf Abb. I sieht man eine Asynchronmaschine D mit gewickeltem Läufer
und mit einer geeigneten Zahl von Schleifringen d, welche mit einem Regelwiderstand
Rd verbunden sind. Es ist angenommen, daß diese Maschine einen dreiphasigen Ständer
besitzt, welcher mit einer Vorrichtung CP zum Wechsel der Polzahl versehern ist,
und daß diese Zahl gleich 2p und 4p sein kann, wobei p z. B. gleich I ist; dieser
Ständer kann zweiphasig sein oder eine andere Phasenzahl aufweisen.
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Die Maschine D ist, unmittelbar oder über eine Transmission P mit
regelbarem Übersetzungsverhältnis mit einer ähnlichen Maschine E gekuppelt, welche
Schleifringe e aufweist, die mit einem Regelwiderstand Re vorbunden sind. Es sei
angenommen, daß die Maschine E z. B. vier Pole besitzt, wobei diese Zahl nicht veränderlich
ist.
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Der Ständer der Maschine D kann durch Gleichstrom aus dem Netz C mittels
des Schalters c erregt werden. Er kann ferner von dem Ständer einer Maschine F mit
Mehrphasenstrom, z. B. Drehstrom, mittels des Schalters T gespeist werden. Dieser
Ständer kann Ausgleichvorrichtungen zur Equilibrierung der Phasen aufweisen, was
auch bereits vorgeschlagen worden ist.
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Der Ständer der Maschine E ist beständig mit dem Ständer der Maschine
F verbunden, welche eine normale Synchronmaschine ist, deren mit Gleichstrom über
die Ringe f erregten Läufer G einen Kurzschlußkäfig g aufweist. Ein Teil der Ständerphasen
von F ist, wie dargestellt, mit einem Einphasennetz A verbunden. Ein Drehfeldumschalter
I ist in die Speiseleitungen einer der Maschinen D oder E eingeschaltet, z. B. in
die Leitungen der Maschine E.
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Die Schleifringe d und e der Asynchronmaschinen D und E können mit
Hilfe von Schaltern h bzw. i mit einer Belastung M verbunden werden, welche z. B.
durch nicht dargestellte Käfiganker-oder Doppelkäfigankermotoren gebildet wird,
z. B. Bahnmotoren.
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Zunächst wird die Synchronmaschine F durch ein beliebiges geeignetes
Mittel angelassen, z. B. eine Hilfsphase mit Induktivität, Kapazität oder Widerstand,
oder einen Anwurfmotor, oder auch ein Hilfsaggregat, welches eine mehrphasige Speisung
mit konstanter oder veränderlicher Frequenz liefert. Wenn sie die normale synchrone
Drehzahl erreicht hat, liefert sie dem Ständer der Maschine E einen Mehrphasenstrom,
indem sie als Phasenausgleicher arbeitet. Dies gestattet das Anlassen der Maschine
E mit ihrem vollen Drehmoment mittels ihres Regelwiderstandes Re.
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Gemäß der Abb. 2 wird die Maschine D durch Schließung des Schalters
c der Abb. I mit Gleichstrom erregt, und die Maschine E wird angelassen. Die Maschine
E erreicht eine Geschwindigkeit von etwa I500 U/min, wenn sie vier Pole hat. Die
mittels der Vorrichtung CP auf zwei Pole geschaltete Maschine D arbeitet als zweipoliger
synchroner Wechselstromerzeuger mit I5oo Umdrehungen und läßt an ihren Schleifringen
eine Frequenz vom 25 Hz erscheinen. Durch Schließung des Schalters h wird somit
den Nutzmotoren M eine zwischen o und 25 Hz veränderliche Anlaßfrequenz geliefert.
Diese Motoren erreichen somit ihre erste normale Betriebsgeschwindigkeit.
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Ein ähnliches Ergebnis kann gemäß Abb. 3 erhalten werden. Die Maschine
D wird zunächst auf vier Pole geschaltet und mit oder Maschine E mittels des Schalters
T verbunden. Ihr Drehfeld läuft mit I5oo U/min um. Die Maschine E dreht sich in
derselben Richtung und mit der gleichend Geschwindigkeit. Die Frequenz an den Schleifringen
d beträgt Null. Wenn hierauf D auf zwei Pole umgeschaltet wird entsteht ein Schlupf
von I5oo U/min und eine Frequenz von 25 Hz an den Schleifringen d.
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Hierzu isst zu bemerken, daß das Schaltbild der Abb. 2 den Vorteil
besitzt, die bequeme Regelung der Spannung zu gestatten, welche durch Einwirkung
auf die Gleichstromerregung verändert werden kann.
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Gemäß Abb. 4 wird die Maschine D mit Gleichstrom erregt, und der Widerstand
Rd wird allmählich kurzgeschlossen, wobei die Schleifringe e mit der Belastung M
mittels des Schalters i verbunden werden. Die Maschinen D und E stehen praktisch
still, und E wirkt als statischer Transformator, welcher den Motoren M einen Dreiphasenstrom
von 5o Hz liefert. Diese erreichen somit ihre zweite normale Geschwindigkeit. Man
kann auch diese Frequenz unmittelbar dem Ständer von E entnehmen.
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Abb: 5 entspricht der Abb. 3, die Ständerverbindungen einer der Asynchronmaschinen
werden jedoch gekreuzt, z. B. die der Maschine E, so daß sich diese in umgekehrtem
Sinn mit I500 U/min reht. Da die Maschine D auf zwei Pole geschaltet ist, läuft
ihr mittels des Schalters T gespeistes Feld mit 3000 U/min um. Die Relativgeschwindigkeit
es Läufers von D gegenüber dem Drehfeld beträgt somit 4500 U/min, was bei einer
Zweiphasenmaschine einer Frequenz von 75 Hz an ihren Schleifringen d entspricht.
Dies ergibt die dritte Geschwindigkeit der Motoren M.
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Schließich wird die Maschine D gemäß Abb. 6 auf vier Pole umgeschaltet.
Ihr Drehfeld läuft somit mit I500 U/min in entgegengesetzter Richtung wie ihr durch
E mit I5oo U/min angetriebener Läufer um. Die Relativgeschwindigkeit dieses Läufers
gegenüber dem Drehfeld beträgt somit 3000 'U/min, so saß man reit vier Polen an
den Schleifringen d eine- Frequenz von i oo Hz erhält, was der vierten Geschwindigkeit
der Motoren .Al entspricht.
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Es ist selbstverständlich, ddaß man die Fel,dumschaltung auch an,
der Maschine, D vornehmen und die Polzahl der Maschine E verändern kann; was die
Erzielung anderer Geschwindigkeitsbereiche und anderer Betriebsaxten gestatMan.
kann ferner, die Tra.nisrnission P der Abb. i zurr Veränderung
des
Verhältnisses der Geschwindigkeiten benutzen, und auch die Popzahl der Nutzmotoren
M verändern.