DE937964C - Anordnung zum stetigen Regeln der Mehrphasenspannungen bzw. -stroeme zur Erregung von Drehstromregelsaetzen oder Drehstromkommutatormotoren - Google Patents

Description

• Anordnung zum stetigen Regeln der Mehrphasenspannungen bzw. -ströme zur Erregung von Drehstromregelsätzen oder Drehstromkommutatormotoren In Mehrphasensystemen müssen häufig Ströme und Spannungen sowohl der Größe als auch der Phase nach geregelt werden. Zur Regelung nach Größe wird vielfach der Doppeldrehumspanner benutzt, meistens in der Weise, daß bei Regelung von Größe und Phase zwei Doppeldrehumspanner aufeinander senkrecht stehende Spannungen bzw. Ströme liefern, die unabhängig voneinander geregelt werden können. Solche Doppeldrehumspanner dienen z. B. zur Regelung von Drehstromregelsätzen. Die Notwendigkeit, zwei Doppeldrehumspanner verwenden zu müssen, bedeutet oft einen unerwünscht hohen Aufwand. Es ist zwar bekannt, mit einem Doppeldrehumspanner Spannungen bzw. Ströme ebenfalls nach Größe und Phase einzustellen, doch müssen zu diesem Zweck außer den Läufern auch die Ständer drehbar sein, was eine unbequeme und teuere Sonderbauart verlangt.
• Die Erfindung ermöglicht nun, die für die Regelung von Drehstromregelsätzen oder Drehstromkommutatormotoren benötigten Mehrphasenspannungen oder -ströme beliebig-nach Größe und Phase zu regeln unter Verwendung von nur zwei Einfachdrehumspannern bzw. bei einer anderen Ausführungsform des Erfindungsgedankens unter Verwendung von nur zwei Bürstenträgern, wenn es sich um Wechselstrom-Stromwendermaschinen handelt. Die Läufer der beiden Einfachdrehumspanner bzw. die beiden Bürstenträger werden über je ein Differentialgetriebe angetrieben. Die beiden Differentialgetriebe werden gemeinsam durch zwei Verstellglieder so betätigt, daß beim Eingreifen des einen die zu regelnde Spannung (Strom) nur der Phase nach und beim Eingreifen des anderen nur der Größe nach beeinflußt wird. In einem Falle werden die beiden Einfachdrehumspanner bzw. Bürstenträger gleichsinnig verdreht, im anderen Falle gegensinnig.
• Einige Ausführungsbeispiele sollen .den Erfindungsgedanken besser erkennen lassen. In Fig.I bedeuten I und 2 Einfachdrehumspanner, deren Ständer in Parallelschaltung am Drehstromnetz 3 liegen, während ihre Läufer in Reihenschaltung den Verbraucher 4 speisen. Die Läufer werden durch je ein Differentialgetriebe 5 und 6 angetrieben, die von den beiden Verstellmotoren 7 und 8 betätigt werden. Die Kupplung der Motoren mit den Getrieben ist so vorgenommen, daß z. B. beim Einschalten des Motors 7 sich beide Läufer im gleichen Sinne drehen, beim Einschalten des Motors .8 dagegen im entgegengesetzten Sinne. In Fig. 2 ist erläutert, wie die Anordnung wirkt. Beim Einschalten -mögen die beiden Läufer so stehen, daß sich am Verbraucher 4 eine Spannung mit der Größe und Phasenlage o a1 gegenüber der Spannung U1 im Drehstromnetz 3 einstellt. Schaltet man nun den Motor 7 ein, während der Motor 8 zunächst noch stillsteht, so bewegt sich der Endpunkt der Spannung auf dem Kreisbogen a1-a7, z. B. im Uhrzeigersinne. Die Spannung ändert hierbei nicht ihre Größe, sondern nur ihre Phasenlage. Schaltet man nun noch den Motor 8 ein, so ändert die .Spannung bei der jeweiligen Phasenlage noch ihre Größe. Man kann nun die Arbeitsweise der beiden Verstellmotoren einander so zuordnen, daß der Endpunkt der Spannung die Gerade a1, a2 . . . a7 beschreibt. Beim Einschalten der beiden Motoren wirkt der Motor 8 zunächst so, daß er die Spannung zu verkleinern trachtet. Bei a4 ist der Kleinstwert erreicht, und bei weiterem Drehen der Phasenlage durch den Motor 7 muß nun der Motor 8 die Spannung wieder vergrößern, d. h., er muß nun entgegengesetzt umlaufen. Man kann nun die richtige Zuordnung beim Arbeiten der beiden Motoren leicht dadurch erreichen, daß man den einen, z. B. den Motor 8, durch eine Betriebsgröße steuern läßt, die sich beim Abweichen der Regelgröße (Zweitspannung) von ihrem richtigen Wert im einen oder anderen Sinne ändert. Eine solche Betriebsgröße ist z. B. in vielen Fällen der Leistungsfaktor. Fig. 3 zeigt z. B. die Anwendung des Erfindungsgedankens zur Steuerung der Erregung eines Drehstromregelsatzes mit ständererregter Hintermaschine. 9 bedeutet einen Asynchranmotor, Io die. ständererregte Hintermaschine, die durch den Frequenzwandler II in sogenannter Stromschaltung erregt wird. Die Stromschaltung wird durch die große Drosselspule I2 gewährleistet, deren Blindleistung groß gegenüber der Leistung des Frequenzwandlers II ist. Die beiden Drehumspanner I und 2 müssen nun den nach Größe und Phase festgegebenen Strom der Drosselspule mit regelbarer Größe und Phase in den Erregerkreis der Hintermaschine einführen. Wenn der Regelsatz, wie das meistens üblich ist, mit cos p = I betrieben werden soll, dann muß der Erregerstrom im allgemeinen eine Kurve nach Fig.2 durchlaufen. Bei tiefster untersynchroner Drehzahl muß der Erregerstrom etwa Größe und Richtung von o a1 haben, bei synchroner Drehzahl etwa von o a4 und bei höchster übersynchroner Drehzahl etwa von o a7. Man regelt nun zweckmäßig in der- Weise, daß man den Motor 8 vom cos p betätigen läßt, während man auf Motor 7 von Hand oder von der Drehzahl bzw. Wirkleistung einwirkt. Für o a1 möge der Erregerstrom gerade richtige Größe und Phasenlage haben, um den Regelsatz bei dieser Drehzahl mit cos p = I zu betreiben. Dreht man nun durch 7 den Erregerstrom in Größe und Richtung von o a1', so enthält der Erregerstrom einen zu großen Blindanteil. Die Folge davon ist ein stark voreilender Leistungsfaktor, unter dessen Einfluß der Motor 8 zum Ansprechen kommt, der den Erregerstrom in seiner Größe so weit zurückholt, bis der gewünschte Leistungsfaktor wieder hergestellt ist. Man kann natürlich den Leistungsfaktor auch auf den Motor 7 einwirken lassen und die Drehzahlbeeinflussung am Motor 8 vornehmen. Fig. 4 zeigt eine- weitere Anwendung des Erfindungsgedankens ebenfalls zur Erregung eines Drehstromregelsatzes in Stromschaltung wie in Fig. 3. Die beiden Drehumspanner i und 2 sind jedoch in Fortfall gekommen, und ihre Wirkung wird durch die beiden Frequenzwandler i i und 13 übernommen, deren Bürstenträger in Parallelschaltung die Erregerwicklung der Hintermaschine speisen, während ihre Schleifringe über den Umspanner 14 in Reihe geschaltet sind. Werden die beiden Bürstenträger durch die Motoren 7 und 8 auf gleiche Weise betätigt wie zuvor die beiden Läufer der Umspanner i und 2, so kommt die gleiche Wirkung zustande, es werden jedoch leine Drehumspanner benötigt, was namentlich den Vorteil hat, daß die Verstellkräfte zur Betätigung der Bürstenbrücken wesentlich geringer sind als zuvor für die Läufer der Umspanner. Die Frequenzwandler i i und 13 sind je für die halbe Erregerleistung zu bemessen. Mit besonderem Vorteil läßt sich der Erfindungsgedanke zur Regelung von ständergespeisten Drehstromnebenschlußmotoxen verwenden, bei denen es sich herausgestellt hat, daß sie ohne eine Einwirkung auf den Leistungsfaktor überhaupt nicht betrieben -werden können: Um hierbei eine vollkommene Regelung zu erzielen, müßten zwei Doppeldrehumspanner, einer -für die Drehzahl und einer für den Leistungsfaktor, vorgesehen werden, was einen unverhältnismäßig großen Aufwand und eine Verteuerung der Anlage bedeutet. Fig. 5 zeigt einen ständergespeisten Drehstromnebenschlußmotor 15, der durch die beiden Einfachdrehregler in der Drehzahl und im Leistungsfaktor geregelt wird. Die zusätzliche Regelung des cos p durch die beiden Einfachdrehumspanner läßt sich praktisch ohne Mehraufwand gegenüber der Drehzahlregelung mit Doppeldrehumspanner allein erreichen. Ebenso läßt sich der Erfindungsgedanke auf läufergespeiste Drehstromnebenschlußmotoren anwenden, um sie im ganzen Regelbereich mit günstigem Leistungsfaktor zu betreiben, wie es in Fig. 6 angedeutet ist. Die Differentialgetriebe 5 und 6 wirken hier auf die beiden beweglichen Bürstenträger 16 und 17 des läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotors I8 ein. Da diese Motoren meistens schon einen Verstellmotor und ein Differentialgetriebe (Feinstelldose) haben, sind hier lediglich deren zwei erforderlich. Als günstigster Leistungsfaktor braucht hier wie in den vorausgegangenen Fällen nicht immer cos p = I zu gelten. Es kann sehr wohl für gleiche Drehzahl ein anderer günstigster Leistungsfaktor gelten, dessen Sollwert zusammen mit dem Drehzahlbetätigungsglied verstellt werden müßte.
• Der Verstellmotor zur Beeinflussung des Leistungsfaktors kann sehr leicht kontaktlos gesteuert werden, indem man ihn als Zweiphasenmotor schaltet und die eine Phase von der Spannung, die andere vom Strom speist. Beim Sollwert des Leistungsfaktors sind beide gleichphasig, so daß der Motor kein Drehmoment entwickelt. Beim Abweichen vom Sollwert nach der einen Seite läuft dann der Verstellmotor z. B. links herum, im anderen Falle entgegengesetzt. Eine besonders zweckmäßige Schaltung eines solchen auf den Leistungsfaktor ansprechenden Verstellmotors zeigt Fig. 7. 19, 20, 21 bedeuten die drei Ständerphasen des Verstellmotors, von denen 20 über den Stromwandler 22 vom Strom der Phase S gespeist wird. Die Wicklungen I9 und 21 liegen in Reihe an einem Konstantstromkreis, bestehend aus Kondensator 23, Drosselspule 24 und Stromwandler 25. Der Konstantstromkreis ist an die Klemmen R und T angeschlossen und liefert an die Wicklungen I9 und 21 einen Strom i2, der stets um 9o° gegen die Spannung TR vor- oder nacheilt, unabhängig davon, welchen Widerstandswert die Wicklungen I9 und 21 darstellen. Im Beispiel sei angenommen, daß Strom und Spannung in Phase seien. Fig. 7 a zeigt das zugehörige zeitliche Zeigerbild der Spannungen und Ströme, wenn TS, SR und RT die drei verketteten Spannungen und OT, OS und OR die zugehörigen Ströme bedeuten. Der Konstantstromkreis sei so geschaltet, daß der Strom i2 um 9o° gegen die Spannung RT voreilt. Fig. 7b zeigt die räumliche Durchflutung des Stromes i2 in den Wicklungen I9 und 21, die mit i2' bezeichnet sei und räumlich auf is senkrecht steht. Sind beide Ströme zeitlich in Phase, was bei cos p = I der Fall ist, so entwickelt der Motor keinerlei Drehmoment. Im Kurzschlußläufer bildet sich dagegen eine Durchflutung aus, die im wesentlichen der von i2 und is entgegengerichtet ist. Damit i2 hierbei nicht zu hohe Werte erreicht, ist es wesentlich, ihn durch den Konstantstromkreis auf einen gleichbleibenden Wert festzulegen. Sobald nun is gegen i2 vor- oder nacheilt, bildet sich im Motor ein Drehfeld im einen oder anderen Sinne aus, und der Motor läuft in dieser Richtung an. Will man verschiedene cos-p-Werte einstellen, so wird die Spannung TR zweckmäßig mittels eines Drehumspanners verdreht, der dem Konstantstromkreis dreiphasig vorgeschaltet wird.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Anordnung zum stetigen Regeln der Mehrphasenspannungen bzw. -ströme zur Erregung von Drehstromregelsätzen oder Drehstromkommutatormotoren sowohl nach Größe als auch nach Phase mittels zweier mit den Wicklungen des einen Teiles parallel und mit den Wicklungen des anderen Teiles in Reihe geschalteter Einfachdrehumspanner, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einfachdrehumspanner über je ein Differentialgetriebe gemeinsam von zwei Verstellgliedern (Verstellmotoren) angetrieben werden, derart, daß beim Eingreifen des einen Verstellgliedes die beiden Einfachdrehumspanner im gleichen Sinne und beim Eingreifen des anderen im entgegengesetzten Sinne verstellt werden.
2. 2. Abänderung der Anordnung des Anspruches I, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Einfachdrehumspanner zwei Kommutatorfrequenzwandler treten, an denen die Schleifringstromkreise in Reihe geschaltet sind, während die zum Kommutator führenden Stromkreise parallel geschaltet sind, und an denen die Bürstenträger über die Differentialgetriebe von den Verstellgliedern angetrieben werden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch I oder 2 zur Erregung von Drehstromregelsätzen mit ständererregter Stromwender-Hintermaschine, die über einen Stromwender-Frequenzumwandler in Stromschaltung erregt wird, derart, daß mit zwei Einfachdrehumspannern der Erregerstrom nach Größe und Phase geregelt wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch I oder 2 zur Erregung von Drehstromregelsätzen mit ständererregter Stromwender-Hintermaschine, die von den parallel geschalteten Bürstenträgern zweier mechanisch mit der Asynchronmaschine des Regelsatzes gekuppelter Stromwender-Frequenzumwandler erregt wird, deren Schleifringe in Reihe mit einem nahezu gleichbleibenden Strom gespeist werden, während die Bürstenträger über die Differentialgetriebe angetrieben werden.
5. 5. Anordnung nach Anspruch i oder 2 zur Regelung von ständergespeisten Drehstromnebenschlußmotoren, deren Stromwender über zwei Einfachdrehumspanner nach Anspruch i mit Spannungen regelbarer Größe und Phasenlage gespeist wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch i oder 2 zur Regelung von läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotoren, deren beide Bürstenträger über je ein Differentialgetriebe angetrieben werden, die der Zweitwicklung Spannungen regelbarer Größe und Phasenlage zuführen.
7. 7. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstellglieder selbsttätig auf den Leistungsfaktor bzw. die Drehzahl ansprechen. B. Anordnung nach Anspruch 7 zum selbsttätigen kontaktlosen Ansprechen auf gleichbleibenden Leistungsfaktor, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellbild als Zweiphasiger Asynchron-Kurzschlußläufer ausgebildet ist, dessen eine Phase. mit dem Strom einer Netzphase und dessen andere Phase mit einem der Spannung zwischen den beiden anderen Netzphasen verhältnisgleichen, über einen Konstantstromkreis zugeführten und gegen diese Spannung um go° verschobenen Strom gespeist wird, derart, daß beim Abweichen des Leistungsfaktors von seinem Sollwert der Motor im einen oder anderen Sinne anläuft.