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Maschinenumformer für 50- und 162/speriodigen Wechselstrom Für die
Speisung von 162/,periodigen Bahnstromnetzen aus dem normalen 5operiodigen Landesnetz
sind synchrone Umformeranlagen bekannt, bei denen der Soperiodige Drehstrommotor
und der z62/3periodige Einphasengenerator in einer Maschine elektrisch vereinigt
sind, derart, daß der Ständer der Maschine eine 6 n-polige Drehstromwicklung für
den Anschluß an das 5o-Perioden-Netz trägt und außerdem eine 2 n-polige Einphasenwicklung.
Um die Ausbildung der entsprechenden Erregerfelder für 5o und i62/3 Perioden zu
ermöglichen, besitzen die Polschuhe des 2 n-poligen Polrades in der Mitte eine starke
Einsattelung, wodurch die Ausbildung eines dem Grundfeld überlagerten Feldes dreifacher
Frequenz für die 5o Netzperioden ermöglicht wird. Eine derartige Anordnung hat aber
den grundlegenden Nachteil, daß es nicht möglich ist, das Stärkeverhältnis des 5operiodigen
und des Z62/3periodigen Erregerfeldes auf gewünschte gegenseitige Werte betriebsmäßig
einzustellen, da dieses Stärkeverhältnis durch die mechanische Ausführung des Polschuhes
mit seiner Einsattelung festgelegt ist.
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Die Erfindung betrifft einen Maschinenumformer für 5o- und 162/,periodigen
Wechselstrom (insbesondere für die Umformung von 5operiodigem Drehstrom in 162/,periodigen
Einphasenstrom), an dem ebenfalls der Wechselstromteil (Ständer) des Umformers eine
6n-polige Wicklung für den 5operiodigen Strom und eine an-polige Wicklung für den
162/,periodigen Strom trägt, an dem aber der geschilderte Nachteil der bekannten
Einrichtung vermieden ist. Erfindungsgemäß sind 6 n mit Gleichstrom erregte Feldpole
vorgesehen, und diese Feldpole sind in zwei oder mehrere Gruppen unterteilt, deren
Gleichstromerregungen für die gesonderte Beeinflussung des 6n-und des 2n-poligen
Erregerfeldes gesondert regelbar
sind (n eine ganze Zahl). Je nach
der Wahl dieser Gruppen von Erregerpolen kann man mit Hilfe der gesonderten Gleichstromregelung
der Gruppen nicht nur die Größe der von dem Umformer abgegebenen i62/3periodigen
Spannung regeln, sondern auch die Größe des Blindstromes auf der 5operiodigen Seite
des Umformers. Außerdem kann man die gesondert regelbaren Gruppen derart einteilen,
daß beim Parallelarbeiten mehrerer dieser '.Maschinenumformer auf ein gemeinsames
Z62/3poliges Netz (Bahnnetz) die Belastungsaufteilung auf die einzelnen Umformer
mit Hilfe der Erregungsregelung willkürlich eingestellt werden kann.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der schematischen Darstellungen
und Diagramme der Zeichnung näher erläutert. Zunächst zeigt Fig. i das Schaltungsschema
des Maschinenumformers mit der 6poligen Wicklung 2 für den Anschluß an das 5o-Perioden-Netz
und der Einphasenwicklung i (Polzahl = 2) für den Anschluß an das i62/,-Perioden-Netz
im Ständer. Auf den ausgeprägten Polen des Läufers ist die Dämpferwicklung 3 untergebracht
und die Gleichstromerregerwicklung q., die für einzelne Pole in Gruppen zusammenfaßbar
ist, wobei jede Gruppe für sich geregelt werden kann.
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Bei einer derartigen Gruppenunterteilung bilden die Pole i, 3, 4 und
6 die eine Regelgruppe, die Pole 2 und 5 die zweite. Es ist zunächst angenommen,
daß die Gleichstromerregung der Gruppe I unverändert bleibt, während die Gleichstromerregung
der Gruppe II von einem positiven Höchstwert über o bis zu dem entsprechenden negativen
Höchstwert geregelt wird (s. Schema der Fig. 2).
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In Fig. 3 ist das bei dieser Regelung sich einstellende gesamte Erregerfeld
in seinem Verlauf längs des Umfanges dargestellt, und zwar für wechselndes Verhältnis
der Stärke des Erregerfeldes der Gruppe II (BL.) zu der Stärke des Erregerfeldes
der Gruppe I (BL,). Bei gleichsinniger Erregung der beiden Erregerfeldgruppen unter
Einhaltung einer doppelt so starken Erregung der Gruppe II ergibt sich das Verhältnis
BL,/BL, = 2 und ein starkes 2poliges Erregerfeld, dem als 3fache Oberwelle
das 6polige Erregerfeld für den 5operiodigen Anschluß überlagert ist. Bei einem
Verhältnis BL2/BLl = i ist die Amplitude des 2poligen Erregerfeldes bereits
stark vermindert. Bei der weiteren Verminderung der Erregung der Gruppe II auf den
Wert o tritt das 6polige Erregerfeld noch stärker in den Vordergrund und beherrscht
schließlich bei einem Verhältnis BIIBLl= i (negative Richtung der Erregung der Gruppe
II) den Verlauf des gesamten Maschinenfeldes.
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In dem Diagramm der Fig. q. ist in Abhängigkeit von dem Verhältnis
der Stärke der Erregungen der beiden Gruppen I und II (BL 1) als Ordinate einerseits
aufgetragen das Verhältnis der gesamten 2poligen Erregung zu der von der Gruppe
I (Pole Z, 3, 4 und 6) herrührenden Erregung (B""/BLl). Man sieht, daß dieses Erregungsverhältnis
5 geradlinig von links nach rechts ansteigt, bei gegensinniger Erregung der beiden
Erregergruppen o ist und bei gleichsinniger und Bleichstarker Erregung den Wert
i aufweist. Umgekehrt verläuft das Verhältnis 6 der gesamten Erregung für das 6polige
Feld zu der von der Gruppe I herrührenden Erregung Be,./BL". Der Verlauf des Verhältnisses
der gesamten Erregung für das 6polige Erregerfeld zu der gesamten Erregung für das
2polige Erregerfeld (B6reslB2res) ist durch die Kurve 7 veranschaulicht. Bei der
Ausarbeitung der Kurven 5, 6 und 7 in Fig. 4 ist angenommen, daß das Verhältnis
zwischen der Polbedeckung s (s. Fig. 2) und der Polteilung für das 6polige Feld
s,1-c, = a/12 ist und für das 2polige Feld sJcl = 11/12. Man erkennt aus den Diagrammen
der Fig.4, daß man das Verhältnis der gesamten Erregung für das 6polige Feld zu
der gesamten Erregung für das 2polige Feld durch Änderung des Verhältnisses der
Erregerströme in den beiden Erregergruppen in weiten Grenzen ändern kann. Bei einer
Änderung dieses Verhältnisses der beiden Erregergruppen zwischen dem Wert i (gleich
große und gleichgerichtete Erregung für beide Gruppen) und dem Wert o (Erregung
o für die Gruppe II) ergeben sich für das Verhältnis der beiden gesamten Erregerfelder
die Werte 0,4 bzw. 47. Damit hat man es in der Hand, durch Änderung der Erregung
einer oder beider Gruppen jeden Belastungszustand der Einphasenseite und in weiten
Grenzen den cos 99 der Drehstromseite auszuregulieren.
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Bei der geschilderten Auswahl der beiden Erregerfeldgruppen fallen
die Polachsen des 2poligen und des 6poligen Systems stets zusammen bzw. behalten
ihren gegenseitigen Abstand, wie aus einer Betrachtung der Fig. 3 zu entnehmen ist.
In Fig. 5 ist noch einmal für das Verhältnis B "/BL" = o,6 diej gesamte Erregung
längs des Umfanges dargestellt. Man sieht aus den darunter eingezeichneten Sinuswellen
des 2poligen und des 6poligen Feldes, daß das 6polige symmetrisch zu dem 2poligen
verläuft. Man kann nun die Gleichstromerregung der sechs Erregerpole noch in anderer
Weise zu Gruppen zusammenfassen, und zwar kann man die gesamte Erregung in drei
Gruppen aufspalten, von denen die Pole i und 4 der Gruppe I die Pole a und 5 der
Gruppe II und die Pole 3 und 6 der Gruppe III angehören (gemäß dem Schema der Fig.
6). Macht man die Erregung der Gruppen I und III gleichgerichtet und gleich groß
und die der Gruppe II zwar gleichgerichtet, aber halb so stark, wie die der beiden
anderen Gruppen; so ergibt sich annähernd die der Fig. 5 zugrunde liegende gesamte
Erregeranordnung. Wird jedoch in dem Schema der Fig. 6 die Erregung der Gruppe III
ebenfalls auf die Hälfte der Erregung der Gruppe I vermindert, dann ergibt sich
ein gesamtes Erregungsschema gemäß der Fig. 7, wobei die darunter eingezeichneten
Sinuslinien wiederum die relativen Lagen des gesamten 2poligen und des 6poligen
Erregerfeldes veranschaulichen. Während aber in Fig.5 das 6polige Erregerfeld symmetrisch
zum 2poligen liegt, ist dieses in Fig. 7 nicht mehr der Fall. Das 6polige ist vielmehr
infolge der geschilderten verschiedenen Erregungen der drei Erregerpolgruppen nach
rechts verschoben.
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Eine derartige Aufteilung der Erregerpole und verschiedenartige Erregung
erweist sich namentlich dann als zweckmäßig, wenn mehrere gemäß der Erfindung ausgebildete
Umformer in Parallelschaltung auf ein
Einphasennetz arbeiten. Bei
einer derartigen Parallelarbeit müssen bei Verwendung normaler Synchron-Synchron-Umformer
die Ständer der einzelnen Generatoren gegeneinander verdrehbar eingerichtet sein,
um eine beliebige Lastverteilung auf die Generatoren vornehmen zu können. Mit der
geschilderten Aufteilung der Erregung auf drei Gruppen läßt sich nun bereits durch
die Einregulierung des Erregerstromes dieser drei Gruppen die Belastung der einzelnen
parallel arbeitenden Umformer auf gewünschte Werte bringen, da die 5operiodigen
Erregerfelder der parallel arbeitenden Umformer durch das speisende 5o-Perioden-Netz
in ihrer gegenseitigen Phasenlage zunächst festgelegt sind, so daß eine relative
Verschiebung der 2poligen Erregerfelder zwischen den parallel arbeitenden Maschinen
eine Verschiebung der Belastungsaufteilung zwischen diesen Maschinen herbeiführen
muß in derselben Weise, wie dies die oben geschilderte Verdrehung der Ständer für
normale, parallel arbeitende Umformer herbeiführt.
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Man kann bei der Anordnung nach der Erfindung für die Erregung der
Pole auch zwei Gruppeneinteilungen gleichzeitig zur Anwendung bringen und die Regelung
der Erregung innerhalb dieser Gruppeneinteilungen unabhängig voneinander durchführen,
beispielsweise indem man einerseits eine Gruppeneinteilung gemäß dem Schema der
Fig. 2 vornimmt und innerhalb dieser beiden Gruppen regelt, außerdem aber noch eine
Gruppeneinteilung gemäß dem Schema der Fig.6 mit entsprechender Regelung innerhalb
dieser Gruppe. Zu diesem Zweck könnte man die sechs Erregerpole mit je zwei Erregerwicklungen
ausrüsten, von denen die eine dem einen Gruppensystem, die andere dem zweiten angehört.
Man kann aber auch die nach verschiedenen Gesichtspunkten geregelten Gleichströme
an den einzelnen Polwicklungen überlagern. Auf diese Weise kann man durch Regelung
nach dem einen Gruppensystem die Spannung und den cos p für das Einphasennetz bzw.
für das Drehstromnetz regeln und durch die Regelung nach dem zweiten Gruppensystem
die Belastungsaufteilung auf die das Einphasennetz in Parallelschaltung speisenden
Umformer.
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Fig. 8 zeigt noch ein Schaltungsschema für eine mit der Anordnung
nach der Erfindung durchzuführende Regelung des Maschinenumformers. io bedeutet
in einphasiger Darstellung das 5operiodige Drehstromnetz, ii das 162/3periodige
Einphasenbahnnetz. Die beiden Ständerwicklungen des Umformers 12 sind an je ein
Netz angeschlossen. Die sechs Erregerpole des Läufers sind gemäß dem Schema der
Fig. 2 in zwei Gruppen aufgeteilt, und die eine Gruppe wird von der Gleichstromerregermaschine
13 gespeist, die zweite von der Erregermaschine 1q.. Die Erregerfelder der beiden
Erregermaschinen werden von den Hilfserregermaschinen 15 und 16 gespeist, wobei
aber der so gelieferte Erregerstrom noch durch die Regler 17 und 18 kontrolliert
wird. Der Regler 18 kontrolliert über die Erregermaschine 14 die der Gruppe I der
Fig. 2 angehörigen Erregerpole. Er wird seinerseits von der Spannung des 162/3periodigen
Bahnnetzes gesteuert und sorgt seinerseits über die Erregung der Gruppe I für die
Konstanthaltung dieser Spannung. Der Regler 17 kontrolliert über die Erregermaschine
13 die Erregung der der Gruppe II angehörigen Erregerpole. Er wird seinerseits gesteuert
durch den cos p auf der 5operiodigen Drehstromseite des Umformers. Die Regelung
vollzieht sich dabei, wie an Hand der Fig. 2 bis q. geschildert.