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Anordnung zur Erregung von ständererregten Stromwenderhintermaschinen
Ständererregte Stromwenderhintermaschinen zur Regelung von großen Asynchronmaschinen
nach Drehzahl und Phase werden oft in sogenannter Stromschaltung erregt. Hierbei
ist der nachteilige Einfluß des von der Schlupffrequenz nach Größe und Phase stark
abhängigen Scheinwiderstandes der Erregerwicklung auf die Regelung dadurch ausgeschaltet,
daß dem die Erregerwicklung speisenden Frequenzwandler im Netzfrequenzkreis Scheinwiderstände
von solcher Größe vorgeschaltet sind, daß sie den Strom eindeutig vorschreiben.
Größe und Phase des dem Frequenzwandler zugeleiteten Stromes können durch regelbare
Stromwandler leicht eingeregelt werden. Außer der lastunabhängigen Regelung von
Drehzahl und Leistungsfaktor erfolgt bei diesen Regelsätzen gewöhnlich noch eine
lastabhängige Erregung zur Beeinflussung der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien, die
je nach Bedarf eine größere oder kleinere Neigung aufweisen sollen. Dies erfolgte
bisher meistens durch einen Stromwandler, der den Ständerstrom des Asynchronmotors
mit geregeltem Übersetzungsverhältnis den Regelströmen für Drehzahl und cos 99 überlagerte.
Die Verwendung
des Ständerstromes zur Beeinflussung der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien
hat einmal den Nachteil, daß der Stromwandler als Ölumspanner für Hochspannung ausgeführt
werden muß. Ferner neigt diese Art :der lastabhängigen Erregung unter gewissen Umständen
zu Selbsterregungserscheinungen, wenn der Eigenerregerbedarf des Frequenzwandlers
und der zur Regelung verwendeten Doppeldrehumspanner, wie das meist üblich ist,
durch Kondensatoren ausgeglichen wird.
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Zur lastabhängigen Erregung einer ständererregten Stromwenderhintermaschine
eines Drehstromregelsatzes ist ferner eine Anordnung bekannt, bei der mit der Stromwenderhintermaschine
eine Hilfserregermaschine gekuppelt ist, die die Erregerwicklung an der Stromwenderhintermaschine
in Reihenschaltung mit der Schleifringspannung der asynchronen Vordermaschine speist
und die- ihrerseits zwei Erregerwicklungen im Ständer aufweist. Von diesen dient
die eine zur Grunderregung der Hilfserregermaschine bzw. der Stromwenderhintermaschine
und wird dazu über regelbare ohmsche Widerstände von der Schleifringspannung der
asynchronen Vordermaschine gespeist; die zweite Erregerwicklung der Hilfserregermaschine
dient hingegen zur lastabhängigen Erregung der Stromwenderhintermaschine. Sie wird
von einem in den Sekundärstromkreis der asynchronen Vordermaschine eingeschalteten
Stromtransformator gespeist, der mit kleinem. Magnetisierungsstrom arbeitet, so
daß bei jeder Belastung seinem in der Primärwicklung fließenden Sekundärstrom der
asynchronen Vordermaschine ein direkt proportionaler, die Erregerwicklung der Hilfserregermaschine
durchfließender Sekundärstrom entspricht. Eine derartige Anordnung hat jedoch den
Nachteil, daß die lastabhängige Erregung der Stromwenderhintermaschine mittels des
Stromtransformators nur bei größerem Schlupf wirksam ist, während sie im Synchronismus
und in der Nähe des Synchronismus infolge der geringen Schlupffrequenz am Transformator
versagt.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erregung von ständererregten
Stromwenderhintermaschinen an Drehstromregelsätzen mit einem dem Läuferstrom der
Asynchronmaschine verhältnisgleichen und regelbaren Strom, bei der der Stromwenderhintermaschine
oder einer Erregermaschine für diese, ähnlich wie bei der bekannten Anordnung, eine
dem Läuferstrom proportionale Erregerkomponente und eine konstante, von der Netzspannung
gelieferte Erregerkomponente zugeführt werden. Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung
erregt jedoch erfindungsgemäß der Läuferstrom der Asynchronmaschine eine zweckmäßig
fremdangetriebene, als ständererregte Stromwendermaschine ohne Kompensationswicklung
ausgebildete Hilfsmaschine, die ihrerseits auf die Erregung der Stromwenderhintermaschine
einwirkt. Dadurch wird der Nachteil des Stromtransformators der bekannten. Anordnung,
nämlich sein Versagen im Synchronismus oder in der Nähe des Synchronismus, vermieden.
Denn diese ständererregte Stromwendermaschine ohne Kompensationswicklung läuft mit
konstanter oder annähernd konstanter Umdrehungszahl um; sie liefert daher an ihren
Kommutator eine dem Erregerstrom ihrer Ständer wicklung proportionalen Strom bzw.
eine proportionale Spannung, gleichgültig, ob in dieser Ständerwicklung ein Gleichstrom
bzw. ein Wechselstrom sehr niedriger Frequenz fließt (infolge der geringen Schlupffrequenz
der asynchronen Vordermaschine) oder ein Strom höherer Frequenz bei größerem Schlupf
der Vordermaschine. In allen Fällen ist die durch die Rotation der Maschine erzeugte
Kommutatorspannung maßgebend und nicht die durch die Transformatorwirkung an der
Maschine erzeugte Spannung.
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Um eine möglichst genaue Stromübersetzung zu erhalten, soll der eigene
Erregerstrom dieser Stromwendermaschine möglichst klein sein. Der auf eine passende
Größe übersetzte Strom kann nun mittels Anzapfungen der Erregerwicklung im Ständer
der Stromwenderhintermaschine oder auch einer besonderen Wicklung im Ständer des
Frequenzwandlers zugeführt werden. Statt der Stufenregelung durch Anzapfungen kann
auch eine stetige Regelung in der Weise erzielt werden, daß der Läuferstrom über
die in Reihe geschalteten Ständerwicklungen von zwei Stromwenderhilfsmaschinen geführt
wird, deren Bürstenträger in Parallelschaltung die Erregerwicklung im Ständer der
Stromwenderhintermaschine oder des Frequenzwandlers speisen. Die Regelung kommt
hier dadurch zustande, daß die Bürstenträger der beiden gemeinsam angetriebenen
Maschinen gegeneinander verdreht werden.
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Einige Ausführungsbeispiele lassen den Erfindungsgedanken besser erkennen.
In Fig. I stellt I eine Asynchronmaschine dar, die durch die ständererregte Stromwenderhintermaschine
2 in der Drehzahl und im Leistungsfaktor geregelt wird. Sie weist im Ständer nur
eine einzige Erregerwicklung 3 auf, die von dem Frequenzwandler 4 gespeist wird;
diesem wird an seinen Schleifringen in bekannter Weise über die Drosselspule 5,
den Isolierumspanner 6, die beiden Doppeldrehumspanner 7 und 8 und den Absatzumspanner
9 ein nach Größe und Phase lastunabhängiger Strom zugeführt. Der Läuferstrom der
Asynchronmaschine ist über den Ständer der Stromwendermaschine Io geführt, die als
ständererregte Maschine nicht in starrem Drehzahlverhältnis mit der Hauptmaschine
zu stehen braucht. Sie wird von dem Motor II angetrieben und ist mit ihren. Stromwenderbürsten
an eine besondere Wicklung I2 im Ständer des Frequenzwandlers 4 angeschlossen, die
mit Anzapfungen versehen sei. Wenn man den Erregerstrombelag der Maschine Io genügend
klein wählt, entspricht der Läuferstrombelag auch dem Ständerstrombelag, und bei
richtiger Wahl der Windungszahlen in Ständer und Läufer erhält man den der Wicklung
12 zugeführten Strom in geeigneter Größe. Der Strombelag dieser Wicklung kann nun
durch Anzapfungen bequem geregelt werden, und wenn man vom eigenen Erregerstrom
des Frequenzwandlers
absieht, entspricht ihm ein verhältnisgleicher
Stromanteil, der vom Frequenzwandler der Erregerwicklung 3 zufließt. Die in der
Wicklung I2 auftretende Leistung ist nur ein Bruchteil der zugehörigen Leistung
im Anker des Frequenzwandlers entsprechend dem Frequenzverhältnis der beiden Leistungen
im Ständer und im Läufer. Da in der Maschine Io eine nochmalige Verstärkung stattfindet,
ist die Leistung im Ständer dieser Maschine äußerst gering. Man kann daher daran
denken, nicht den ganzen Läuferstrom über den Ständer dieser Maschine zu führen,
sondern mit Hilfe eines Parallelwiderstandes nur einen Teil. Im Frequenzwandler
4 überlagern sich alle zugeführten Ströme zu einem gemeinsamen Gesamterregerstrom,
der von den Bürsten der Erregerwicklung 3 zufließt. Da es sich um eine Stromschaltung
handelt, ist eine gegenseitige Störung der verschiedenen Anteile nicht möglich.
Wenn der eigene Erregerstrom des Frequenzwandlers 4 nicht mehr vernachlässigbar
klein ist, kann er durch Kondensatoren I3 parallel zum Absatzumspanner 9 geliefert
werden.
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Fig.2 stellt eine Anordnung dar, bei der die Neigung der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie
nicht in Stufen, sondern stetig geregelt werden kann. An Stelle der einen ständergespeisten
Stromwendermaschine Io in Fig. I sind zwei derartige Maschinen I4 und I5 vorhanden,
die von einem gemeinsamen Motor II angetrieben werden. Die Ständerwicklungen der
beiden Maschinen liegen in Reihe, die Bürsten speisen in Parallelschaltung die Erregerwicklung
I2 des Frequenzwandlers 4. Dreht man den einen Bürstenträger im Sinne des Drehfeldes
und den anderen entgegen in ähnlicher Weist wie bei einem Doppeldrehumspanner, so
ändert der Strom in der Erregerwicklung lediglich seine Größe, nicht dagegen seine
Phasenlage.
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Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die regelbaren Umspanner im Netzfrequenzkreis
des Frequenzwandlers weggefallen sind. Die Regelung des lastunabhängigen Erregerstromes
ist hier vielmehr in an sich bekannter Weise in zwei Frequenzwandler I6 und I7 halber
Leistung verlegt, deren Schleifringe über die Zweitwicklung des Isolierumspanners
6 in Reihe geschaltet sind, und deren Stromwenderbürsten in Parallelschaltung die
Erregerwicklung 3 speisen. Durch gleichsinniges bzw. gegensinniges Verdrehen der
Bürstenträger kann man den lastunabhängigen Strom in der Erregerwicklung 3 nach
Größe und Phase einstellen. Dies geschieht mittels der Differentialgetriebe I8 und
I9, von denen I8 den Bürstenträger von I6 und I9 den von I7 betätigt. Die Differentialgetriebe
werden in der angedeuteten Weise von den beiden Verstellgliedern (Verstellmotoren)
2o und 2I angetrieben. Wird 2o betätigt, so drehen sich beispielsweise die beiden
Bürstenträger gleichsinnig und beim Betätigen von 2I gegensinnig. Durch 2o kann
demnach die Drehzahl und durch 2I der Leistungsfaktor geregelt werden, oder auch
umgekehrt. Außer dem lastunabhängigen Strom im Läufer wird den beiden Frequenzwandlern
noch der Läuferstrom der Asynchronmaschine im Ständer zugeführt, der beide in Reihe
geschaltete Ständerwicklungen durchfließt. Die beiden Ständer sind drehbar angeordnet.
Denkt man sich die beiden Bürstenträger feststehend und verdreht nun die beiden
Ständer gegeneinander, so erhält man eine Regelung des lastabhängigen Erregerstromanteils.
Damit nun beim Betätigen der Bürstenträger keine ungewollte Beeinflussung des lastabhängigen
Erregerstromanteils erfolgt, wird der Ständer um den gleichen Betrag und in gleichem
Sinne mitgedreht, so daß seine relative Lage zum Bürstenträger die gleiche bleibt.
Zu diesem Zwecke sind noch zwei weitere Differentialgetriebe 22 und 23 vorgesehen.
Je eine (die dritte) Welle dieser Getriebe ist mit dem gemeinsamen Verstellmotor
24 gekuppelt, die erste Welle betätigt den zugehörigen Ständer, und die zweite Welle
ist mit der ersten Welle der Differentialgetriebe I8 und I9 gekuppelt und führt
zum zugehörigen Bürstenträger. Wenn 2o und 2I stillstehen, bewegen sich auch die
Bürstenträger nicht, und durch den Verstellmotor 24 kann lediglich der lastabhängige
Anteil durch Verdrehen der Ständer geregelt werden. Steht 24 still, so drehen sich
beim Betätigen von 2o und 2I Bürstenträger und zugehöriger Ständer im gleichen Sinne,
so daß der einmal eingestellte lastabhängige Anteil erhalten bleibt und lediglich
der lastunabhängige Anteil Richtung und Größe ändert. Mit Hilfe der vier Differentialgetriebe
und der drei Verstellmotoren 2o, 2I und 24 kann man demnach die drei Erregerstromanteile
stufenlos und ohne gegenseitige Störung auf beliebige Werte einstellen, ohne daß
sonstige regelbare Umspanner im Netzfrequenz-oder im Schlupffrequenzkreis benötigt
werden. Durch Kondensatoren parallel zu den Schleifringen der Frequenzwandler I6
und I7 kann man deren eigenen Erregerbedarf decken.
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Wenn es sich wie zumeist um verhältnismäßig große Läuferströme handelt,
macht es wegen der Zuleitung dieser großen Ströme Schwierigkeiten, die Ständer der
Frequenzwandler I6 und I7 drehbar zu machen. Man verwendet in solchen Fällen zweckmäßig
Zwischenmaschinen wie in Fig. 2 zur Umwandlung des Stromes auf eine geeignete Größe.
Eine solche Anordnung ist in Fig.4 angedeutet. I4 und I5 bedeuten diese Zwischenmaschinen,
die von dem Motor II angetrieben werden. Von den Bürsten dieser Maschinen wird ein
dem Läuferstrom verhältnisgleicher Strom geeigneter Größe den Ständerwicklungen
der Frequenzwandler I6 und I7 zugeleitet. Die Ständer der vier Maschinen I4, I5,
I6 und I7 sind in diesem Falle nicht beweglich. Dagegen bewegen sich die Bürstenträger
von 15 und 16 bzw. 14 und 17 gleichzeitig und @in gleichem Sinne, wenn nur lastunabhängig
geregelt wird. Soll dagegen nur der lastabhängige Anteil beeinflußt werden, dann
stehen die Bürsten von 16 und 17 fest und die von 14 und 15 werden gegeneinander
verschoben. Abgesehen von dem Wegfall von Doppeldrehumspannern mit ihrem oft beträchtlichen
Eigenblindstrombedarf werden hier auch die selbsttätigen Regler zur Steuerung von-
Wirk- untl Blindleistung
wesentlich kleiner, da sie nur die Bürstenreibung,
nicht dagegen elektromechanische Drehmomente erheblicher Größe wie bei den Doppeldrehumspannern
zu überwinden haben.