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Regelbarer Phasen- und Frequenzumformer Die Erfindung betrifft die
ein- und mehrphasige Frequenz- und Phasenwandlergruppe gemäß dem Patent 83o 977
und hat insbesondere Mittel zur Regelung derartiger Aggregate zum Gegenstand, welche
gestatten, aus einem Einphasennetz eine regelbare Frequenz zur Speisung eines Belastungskreises
zu erhalten, welcher z. B. Asynchronbahnmotoren mit Kurzschlußläufer aufweisen kann.
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Die Erfindung hat ferner eine durch einfache und leicht zu betätigende
Apparate gebildete Anordnung zum Gegenstand.
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Erfindungsgemäß werden bei einem Umformeraggregat mit einer ersten
Maschine mit einem polumschaltbaren Ständer und einem Asynchronschleifringläufer,
welche mit einer zweiten Maschine mit einem teilweise mit Einphasenstrom gespeisten
Ständer, einem Hauptschleifringläufer und einem synchronen Zwischenläufer gekuppelt
ist, zwei regelbare Widerstände für das Anlassen und die Regelung des Schlupfes
vorgesehen, deren jeder mit einem der beiden Schleifringläufer verbunden ist, sowie
zwei Schalter, zur Verbindung eines jeden dieser Schleifringläufer mit dem Belastungsstromkreis,
einen Schalter zur teilweisen Verbindung der Ständer der beiden Maschinen untereinander
und Schalter zur Erregung des Ständers der ersten Maschine mit Einphasenstrom
und
mit Gleichstrom, um sie entweder als Wechselstromerzeuger oder als Frequenzwandler
arbeiten zu lassen.
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Abb. I ist ein Schema des erfindungsgemäßen Aggregats; Abb. 2 bis
6 zeigen verschiedene Schaltungen zur Speisung des Nutzkreises mit einem gewünschten
Frequenzbereich.
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Das Aggregat der Abb. I, welches dem des Hauptpatentes entspricht,
weist eine erste Asynchronmaschine M auf, deren Ständer eine Wicklung d1, d2 trägt,
während ihr Läufer s eine mit den Schleifringen b verbundene Mehrphasenwicklung
a aufweist. Die mechanisch mit der ersten Maschine gekuppelte zweite Maschine C
weist einen Ständer mit einer Mehrphasenwicklung P1, P2, einen Hauptläufer S mit
einer mit den Schleifringen B1 verbundenen Mehrphasenwicklung A und einen synchronen
Zwischenläufer p auf, welcher frei drehbar ist und eine mit den Erregerschleifringen
B2 verbundene Erregerwicklung c trägt. Die Läuferschleifringe b und B1 sind mit
zwei Regelwiderständen R1 bzw. R2 zum Anlassen und zur Regelung des Schlupfes verbunden.
Sie können ferner mittels der Schalter K1 und K2 mit der Belastung m verbunden werden.
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Eine Phase d1 des Ständers der ersten Maschine M kann mittels eines
Schalters L von der Einphasenleitung U mit der Frequenz f1 erregt werden, während
ein Schalter e die Erregung dieser Phase aus einer Gleichstromleitung E ermöglicht.
Die andere Phase d2 kann durch einen Schalter i mit einer Ständerphase P2 der Maschine
C verbunden werden. Die Phase P1 dieser Maschine ist mit der Leitung U verbunden.
Mittels eines Umschalters I kann der Drehsinn der Phasen P1 und P2 verändert werden.
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Essei zum Beispiel angenommen, daß die Maschine M einen nicht dargestellten
Umschalter besitzt, welcher gestattet, ihren Ständer auf zwei oder viel Pole umzuschalten,
und daß der Ständer der Maschine C vierpolig gewickelt ist. Die Verbindungen dieses
Umschalters können den Angaben des Hauptpatentes entsprechen.
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Unter der Annahme, daß die Frequenz f1 50 Hz beträgt, kann das so
gebildete Aggregat folgendermaßen benutzt werden. Es werden zunächst die Schalter
e und K1 zur Herstellung der Schaltung nach Abb.2 geschlossen. Die Maschine M wird
dann durch E mit Gleichstrom erregt, und die Schleifringe b sind mit der Belastung
m verbunden.
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Die Maschine C wird mittels ihres Widerstandes R2 angelassen, und
die Maschine M arbeitet als zweipoliger synchroner Wechselstromerzeuger. Beim Anlaufen
des Aggregats zur Erreichung der Geschwindigkeit von I5oo U/min nimmt die den Verbrauchern
m von den Schleifringen b der Maschine M gelieferte Mehrphasenfrequenz zu und erreicht
allmählich 25 Hz. Dieser Wert beträgt 5o% der Speisefrequenz f1 und entspricht der
ersten Geschwindigkeit der Nutzmotoren, wenn die Belastung m durch derartige Motoren
gebildet wird.
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Man kann auch die Maschine C im Leerlauf anlassen und die gleiche
Ausgangsfrequenz gemäß Abb.3 erhalten, indem man die Maschine M mit Mehrphasen-Strom
durch die Schließung der Schalter i und L speist. Wenn diese Maschine M zunächst
vierpolig geschaltet ist, läuft ihr Drehfeld mit 1500 U/min um, d. h. im Synchronismus
mit ihrem Läufer, welcher mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben wird, so
daß die an den stets mit der Belastung m verbundenen Schleifringen b erscheinende
Frequenz o beträgt. Der Ständer von M wird dann auf zwei Pole umgeschaltet, wodurch
die Geschwindigkeit des Drehfeldes von M verdoppelt wird; der Schlupf wird gleich
I5oo U/min, und man erhält mit der zweipoligen Schaltung an den Schleifringen b
eine Frequenz von 25 Hz.
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Hierzu ist zu bemerken, daß die Schaltung der Abb. 2 einen besseren
Wirkungsgrad hat als die der Abb.3. Sie gestattet ferner eine leichte Regelung der
Spannung durch Regelung der Gleichstromerregung.
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Gemäß Abb. 4 wird die Maschine M anschließend mit Gleichstrom erregt,
wobei die Schleifringe B1 durch den Schalter K2 mit der Belastung m verbunden werden,
während der Widerstand R1 allmählich kurzgeschlossen wird. Das Aggregat wird so
praktisch stillgesetzt, die Maschine C arbeitet als statischer Transformator und
liefert der Belastung m einen Mehrphasenstrom von 5o Hz, was der zweiten- Geschwindigkeit
der Motoren m entspricht. Zur Verringerung der Verluste kann dann die Belastung
m unmittelbar mit dem Ständer der Maschine C verbunden werden.
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Die folgende Stufe ist in Abb. 5 dargestellt, welche der Abb. 3 entspricht.
In diesem Fall werden jedoch die Verbindungen zwischen den Ständern der Maschinen
C und M gegenüber der Abb. 3 mittels des Umschalters I gekreuzt. Das Aggregat wird
von. neuem mittels des Regelwiderstandes R2 in der gleichen Richtung angelassen.
Da die Maschine M zweipolig geschaltet ist, läuft ihr Drehfeld mit 3ooo U/min um,
und zwar gegenläufig zu ihrem Läufer s, welcher von der Maschine C mit I5oo U/min
angetrieben wird; die Relativgeschwindigkeit des Läufers von M beträgt somit 45oo
U/min, was bei einer zweipoligen, diesmal als Frequenzwandler arbeitenden Maschine
an ihren Schleifringen b eine Frequenz von 75 Hz erscheinen läßt. Dies ist die dritte
Geschwindigkeit der Motoren m.
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Die Schaltung der Abb.6 entspricht schließlich der Abb. 5; der Ständer
der Maschine M ist jedoch vierpolig geschaltet. Sein Drehfeld läuft daher mit 1500
U/min gegenläufig zu dem durch C mit 1500 U/min angetriebenen Läufer um. Die Schlupfgeschwindigkeit
der als Frequenzwandler arbeitenden Maschine M beträgt somit 3000 U/min,
und an ihren Schleifringen b erscheint bei vierpoliger Schaltung eine Frequenz von
ioo Hz. Diese Frequenz entspricht der vierten Geschwindigkeit der Motoren m.
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Bei der beschriebenen Ausbildung und Arbeitsweise läuft das Aggregat
stets in derselben Richtung; zur Erzeugung der zweiten Geschwindigkeit der Nutzmotoren
bleibt es stehen. Hierzu ist noch zu bemerken, daß bei Verzicht auf die Schaltung
der Abb. 3 der Umschalter I fortfallen kann, wodurch die Steuerapparatur des Aggregats
vereinfacht wird,
Man kann den erhaltenen Geschwindigkeitsbereich
vergrößern oder verändern, indem man gleichzeitig eine Polumschaltung an der Maschine
C vorsieht oder indem man zwischen die Maschinen M und C eine mechanische Transmission
mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis einschaltet, oder auch durch Wechsel der
Polzahl der Nutzmotoren.