-
Anordnung zur Erregung von Asynchronmaschinen
| Dir hrfittdung geht von einer Anordnung aus zur |
| l@@rregttttk von Asynchronmaschinen, die vornehm- |
| lich ttlw Generatoren arbeiten und bei denen die |
| l':tto«t#ttit der Erregermaschinen durch die
Diffe- |
| t#4i# gwrirr Größen gleicher Frequenz erfolgt, von |
| rle-t» dir eine der Spannung der Asynchron- |
| tnat@tr, die andere einer Fremdspannung ver- |
| It411i110«iriclt ist: Die Fremdspannung kann dabei, |
| rtttt@ll wrnn es sich um den Betrieb mehrerer Gene- |
| v ithta ltattdelt, einem eigenen Netz entnommen |
| h rttle)t@ das durch einen eigenen kleinen Generator |
| 1!t! wird. Dieser Generator hat in der Haupt- |
| #ajbw*e Ilttr Blindleistung zu liefern. Wegen der |
| r@t@tuchen Kupplung von Haupt- und Erreger- |
| 1ttäwfow besteht jedoch für die. Phasenlage zwi- |
| st-lW,0: Y`,irtnmenspannung der Asynchronmaschine |
und Schleifringspannung der Erregermaschine eine feste Beziehung, die hauptsächlich
vom Schlupf abhängig ist. Diese Erregerspannung ist als Differenz zweier großer
Anteile diesen gegenüber klein, sie kann also ihren Phasenwinkel beträchtlich ändern,
ohne daß dies auch beim Phasenwinkel der beiden großen Anteile zu beobachten wäre.
Andererseits ist aber der Erregerkreis der Erregermaschine vorwiegend ein induktiver
Blindwiderstand, der Strom eilt daher der Spannung fast um 9o° nach. Wenn also die
Erregerspannung erhebliche Phasenwinkeländerungen durchmacht, dann ist dies auch
für den Strom der Fall. Da aber dieser Strom von der fremden Spannungsquelle geliefert
werden muß, ändert er auch seinen Phaseriwinkel gegenüber der von dieser Quelle
gelieferten Spannung. Dadurch
kann unter Umständen diese Quelle
in unzulässiger Weise mit Wirkleistung beansprucht werden, was besonders unerwünscht
.ist, wenn #sie nur für Blindleistung bemessen ist. 'Da diese Quelle durch ihre
Frequenz auch diejenige der Asynchrongeneratoren bestimmt, würde durch solche in
das Erregernetz kommende Wirkbelastungen, denen dieses Netz nicht gewachsen ist,
die Frequenzhaltung des Hauptnetzes gefährdet werden.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch vermieden, daß das Erregernetz mit
dem Hauptnetz über den Erregerumspanner nicht fest, sondern über eine besondere
Vorrichtung nur lose gekuppelt ist. Dadurch vermag das Erregernetz in das Hauptnetz
nur noch Blindleistung, aber keine Wirkleistung mehr zu übertragen, während der
Erregerkreis der Asynchrongeneratoren nach wie vor seine benötigte Wirkleistung
vom Hilfsnetz erhält. Sobald aber das Erregernetz versucht, Wirkleistung in das
Hauptnetz zu liefern, weicht die lose Kupplung aus. Als lose Kupplung eignet. sich
insbesondere ein Drehumspanner. Da auf den das Hilfsnetz darstellenden Generator
keine Wirklaststöße mehr kommen, kann eine solche Anordnung mit besonderem Vorteil
dazu verwendet werden, um aus einem vorhandenen Netz mit stark schwankender Frequenz
ein Netz mit konstanter Frequenz zu schaffen. Ein von dem Hilfsgenerator erregter
Asynchrongenerator speist das Hauptnetz konstanter Frequenz und wird durch einen
am Netz schwankender Frequenz liegenden Motor angetrieben. Ein solcher Umformer
macht alle Frequenzschwankungen des speisenden Netzes als Drehzahlschwankungen mit,
während die Frequenz durch die unabhängige, gegen Wirklaststöße geschützte Erregerquelle
vorgeschrieben wird.
-
Einige Ausführungsbeispiele sollen den Erfindungsgedanken noch näher
erläutern. In Fig. i bezeichnet i das Spannung und Frequenz vorschreibende Erregernetz,
2 das Hauptnetz. Das Erregernetz wird durch die Synchronmaschine 3 gespeist, deren
'Drehzahl und Frequenz durch ihre Antriebsmaschine 4 bestimmt wird. $ bedeutet den
das Hauptnetz speisenden Asynchrongenerator mit seiner unmittelbar gekuppelten Drehstromerregermaschine
6 und seiner Antriebsmaschine 7. Die beiden Netze sind über den Erregerumspanner
8 und den Einfachdreliumspanner 9 gekuppelt. zo und i i stellen. die Belastung des
Netzes 2 dar. Die Wirkungsweise der Anordnung läßt sich an Hand der Zeigerschaubilder
(Fig. 2 und 3) erläutern. U1 bedeutet die Spannung des Errgernetzes und U2 die des
Hauptnetzes, U3 sei die Spannung auf der Erstseite des Umspanners B. Der Drehumspanner
9 habe das Übersetzungsverhältnis i : i. Wenn der Läufer in der Stellung festgehalten
wird, in der sich Ständer- und Läuferachse decken, so würde sich ein Zeigerschaubild
ergeben, das für irgendeinen Schlupf durch Fig. 2 gegeben sei. Die Spannung U3 bilde
mit der Spannung U2 den Winkel a, der hei diesem Schlupf und bei der vorhandenen
Belastung z. B. diesen Wert haben muß. Der Spannung U3 eilt der Strom J, um 9o°
nach. Der von dem Erregernetz gelieferte Strom l,3 schließt mit der Spannung U1
einen stumpfen Winkel ein, so daß dieses Netz Wirkleistung in da.,; Netz 2 liefern
muß, damit das Spannungsbild die dargestellte Form annehmen kann. Die Spannung U2
eilt dabei der Spannung U1 um dun Winkel ß vor, die Spannung U2 der Spannung (7:;
um den Winkel a. Kann sich nun der Dreiiuiiispanner 9 frei einstellen, so wird sich
unter dein Einfluß der übertragenen Wirkleistung der Läufer im Sinn einer Verminderung
der übertragenen Wirkleistung um den Winkel y drehen, so daß das Spannungsbild nach
Fig. 3 zustande kommt. Hierbei ist U3 mit U1 in Phase, U2 ist durch den Drehumspanner
um den Winkel a zurück in die Lage UZ' gedreht, so daß die Summe von U3 und U2 wieder
U1 ergibt. Der Strom l3 eilt nunmehr auch um 9o° hinter der Spannung U1 nach, so
daß das Erregernetz nur mit Blindleistung beansprucht wird. Da die Schleifringleistung
der Errgermaschine vorwiegend nur Blindleistung darstellt, kann diese Leistung ganz
oder zum großen Teil durch Parallelkondensatoren geliefert werden, so däß das Erregernetz
nur die geringen Ohmschen Verluste des Erregerkreises zu decken braucht. Dadurch
wird das Erregernetz mit seinem Zubehör sowie der Drchumspanncr 9 Schi- klein. Fig.
4. zeigt den Fall, wo mehrere Asynchrongencratoren parallel das Hauptnetz 2 speisen.
Soweit die liczugszeichen dieselben' sind, hebert sie die gleiche Bedeutung. Die
Erregermaschine 6 speise jedoch die: Generatoren nicht unmittelbar, sondern über
ständererregte Stromwendermaschinen 13 als Zwischenerregermaschinen. Die regelbaren
Zusatzumspanner 14, die nach Größe wie nach Phase einstellbar seid können, dienen
der gleichmäßigen Blindlasttrerteilung auf die einzelnen Generatoren, während die
Wirklast für jeden Generator unabhängig voll seiner Drehzahl nur durch seine Antriebsmaschine
bestimmt wird. Für die Erregerkreise genügt ein gemeinsamer Drehumspanner 9, der
gewisscrmaßeia das Hauptnetz lose gekuppelt in den Erregerkreis überträgt. Ebenso
kann natürlich auch jedem Generator ein Drehumspanner 9 zugeordnet werden. Auch
hier kann das Erregernetz keinerlei Wirkleistung in das Hauptnetz übertragen, da
der bzw. die Umspanner stets ausweichen werden. Anderet~-seits bleibt die Frequenz
des Hauptnetzes durch'die des Erregernetzes bestimmt, desgleichen bleibt die Spannungshaltung
durch das Erregernetz bestimmt.
-
Besondere Vorteile bietet die vorliegende Erfindung in Fällen, wo
aus einem Netz schwankender Frequenz konstante Frequenz erzeugt werden soll, die
auch bei Laststößen sich nicht ändern darf. Speist man das Netz konstanter Frequenz
mit Synchrongeneratoren, so müssen deren Antriebs= maschinen auch bei Laststößen
auf genaue Drehzahl geregelt werden, was bei heftigen Laststößen allzu große Anforderungen
an die Regler stellt. Eine bekannte Lösung besteht darin, den Läufer des vom Netz
schwankender Frequenz gespeister< Motors über -einen fremd angetriebenen Strom=
wenderfrequenzwandler an das gleiche Netz zu
schalten und den hrequenzwandler,
der keinerlei von der Last abhängige Drehmomente entwickelt, auf gleichbleibende
Drehzahl zu regeln. Der Hauptmotor ist dann ebenfalls an diese Drehzahl gebunden
und treibt mit dieser konstanten Drehzahl einen Synclirrnigenerator an, der dann
die konstante Frecltie»z liefert. Der Antriebsmotor erhält dadurch sN-iiclii-()11(-
l?igenschaften, die unter Umständen Anl;iß r.ii 1'eiidelungen und Außertrittfallen
geben. \-lit einer Anordnung nach vorliegender Erfindung Bleibt Glas wertvolle asynchrone
Verhalten der die llmfoirniung bewirkenden Maschinen bewahrt. F ig. 5 stellt eine
solche Anordnung dar, die sich iiiit besonderem Vorteil für Kommandoumformer, Sendeanlagen
und ähnliche Anlagen eignet, wo die Frequenz mit größter Genauigkeit eingehalten
werden muß. 2 stellt das Netz dar, in dem konstante Frequenz herrschen soll, das
durch den Asynchrongenerator 5 mit seiner Erregermaschine 6 gespeist wird. Die konstante
Frequenz wird durch den Antriebsmotor 4 des Erregergenerators 3 vorgeschrieben.
Der Drehumspanner 9 verhindert eine Wirkbelastung des Generators 3 auf das Netz
2. Der Kondensator 12 dient wieder der Verkleinerung von 3, 4, 8 und 9. Der Generator
5 wird durch den; Motor 7, einen Asynchronimotor, angetrieben. der am Netz 15 mit
der schwankenden Frequenz liegt. io und i i stellen wieder die schwankende Belastung
des Netzes 2 dar. Schwankt nun die Frequenz im Netz 15, so hat dies ebenso wie Belastungsschwankungen
im Netz 2 Einfluß auf die Drehzahl der Maschinen 5 bis 7, die Frequenz im Netz 2
bleibt jedoch davon unberührt. Sie bleibt allein durch die Drehzahl des Erregergenerators'3
bestimmt, die leicht genau eingehalten werden kann, da ihm die Wirklaststöße des
Netzes 2 ferngehalten werden. Ebenso kann auch die Spannung im Netz 2 leicht gleichgehalten
werden, einmal durch die Differenzbildung zwischen den Spannungen von 2 und 3 und
ferner durch zusätzliche Regelung des Generators 3 auf eine der bekannten Weisen.
Die Anordnung wirkt auch, wenn die Widerstände io und i i einem Einphasennetz angehören.
Der Erregerkreis 3, 8, 9, 12 und 6 bleibt in diesem Fall dreiphasig. Das Anfahren
eines solchen Umformers vollzieht sich sehr einfach, da keine Synchronisierung erforderlich
ist. Der Antriebsmotor 7 wird aus dem Netz 15 angelassen. Darauf.w.ird auch der
Erregergenerator 3 auf seine Nenndrehzahl gebracht und erregt. Alsdann hat auch
das Netz 2 richtige Spannung und Frequenz.