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Anordnung zur Speisung von Schlupffrequenz führenden Erregerwicklungen
von ständergespeisten Kommutator-Hintermaschinen für Drehstromregelsätze in Stromschaltung
Die Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung zur Speisung von Schlupffrequenz führenden
Erregerwicklungen von ständergespeisten Kommutator-Hintermaschinen (Siemens-Lydall-Maschinen
oder Scherbius-Maschinen) für Drehstromregelsätze in Stromschaltung, also beispielsweise
für asynchrone Netzkupplungsumformer. Damit bei einer solchen Anordnung das Verhalten
der asynchronen Hauptmaschine durch die Kommutator-Hintermaschine richtig bestimmt
wird, muß die Kommutator-Hintermaschine den Schleifringen der Hauptmaschine stets
Spannungen richtiger Größe und Phasenlage zuführen. Da nun die von der Kommutator-Hintermaschine
abgegebene Spannung dem Strom in ihrer Erregerwicklung größen-und phasengleich ist,
ergibt sich dadurch, daß die Erregerwicklung der Kommutator-Hintermaschine einen
konstanten ohmschen Widerstand und einen mit dem Schlupf veränderlichen Blindwiderstand
hat, die Schwierigkeit, daß sich der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom der
Erregerwicklung fortwährend in Abhängigkeit vom Schlupf ändert. Bei den bekannten
Anordnungen, bei denen die Kommutator-Hintermaschine in einer Spannungssteuerung
erregt wird, ist daher die Regelung äußerst aufwendig und kompliziert, da die Gesetze,
nach denen die der Kommutator-Hintermaschine zugeführte Spannung von der beabsichtigten
Regelung abhängt, äußerst verwickelt sind.
So wird beispielsweise
bei einem bekannten Netzkupplungsumformer mit Spannungssteuerung seines asynchronen
Teiles zur Regelung der Kommutator-Hintermaschine ein Frequenzwandler mit zwei beweglichen
Bürstensätzen verwendet. Die beiden Bürstensätze des Frequenzwandlers sind hierbei
jeweils an eines der beiden Enden einer einzigen Erregerwicklung der Kommutator-Hintermaschine
angeschlossen. Durch die Verstellung der Bürstensätze des Frequenzwandlers wird
die Größe der der Kommutator-Hintermaschine zugeführten Spannung verändert.Weiterhinist
es bekannt, bei einer solchen mit Spannungssteuerung arbeitenden Anordnung zwei
voneinander getrennte Frequenzwandler mit jeweils einem regelbaren Bürstensatz zu
verwenden; die beiden Bürstensätze der beiden Frequenzwandler sind hierbei an die
beiden Enden einer einzigen Erregerwicklung der Kommutator-Hintermaschine angeschlossen.
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Bei diesen bekannten Anordnungen werden die Frequenzwandler schleifringseitig
mit einer konstanten Spannung gespeist, es liegt also eine Spannungssteuerung der
Kommutator-Hintermaschine vor. Zur Vermeidung der eingangs erwähnten Nachteile einer
solchen Spannungssteuerung ist es auch bereits bekannt, die Kommutator-Hintermaschine
in Stromschaltung zu speisen. Hierbei werden der Erregerwicklung der Kommutator-Hintermaschine
Ströme konstanter Größe aufgezwungen. Die Spannung stellt sich dann selbsttätig
entsprechend der Bürde ein. Auf diese Weise wird der bei der bekannten Spannungssteuerung
vorhandene nachteilige Einfluß des mit dem Schlupf veränderlichen Blindwiderstandes
der Erregerwicklung der Kommutator-Hintermaschine auf Größe und Phasenlage des Erregerstromes
und damit auf die Steuerung des Regelsatzes vermieden.
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Bei einer bekannten Anordnung zur Erregung der Kommutator-Hintermaschine
in Stromschaltung erfolgt die Einstellung des Erregerstromes nach Größe und Phasenlage
mit Hilfe von zwei regelbaren Doppeldrehumspannern, die im Schleifringkreis des
regelbaren Frequenzwandlers liegen und deren Primärstrom durch eine große Drosselspule
konstant gehalten wird. Diese Doppeldrehumspanner sind jedoch teuer und benötigen
bei einer selbsttätigen Regelung störanfällige Öldruckregler; außerdem stören sie
infolge ihres eigenen Blind leistungsbedarfes die Stromregelung, so daß zusätzliche
Ausgleichkondensatoren vorgesehen werden müssen, die unter Umständen Anlaß zu einer
unerwünschten Selbstregelung mit netzfremder Frequenz geben.
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Durch die Erfindung wird eine Verbesserung einer in Stromschaltung
arbeitenden Anordnung zur Speisung von Schlupffrequenz führenden Erregerwicklungen
von ständergespeisten Kommutator-Hintermaschinen für Drehstromregelsätze, also insbesondere
für Netzkupplungsumformer, erzielt. Gemäß der Erfindung wird bei einer solchen mit
Stromschaltung arbeitenden Anordnung die Kommutator-Hintermaschine im Ständer mit
zwei mehrphasigen Erregerwicklungen ausgerüstet, die an zwei bewegliche Bürstensätze
eines die Kommutator-Hintermaschine erregenden Frequenzwandlers angeschlossen sind,
dem schleifringseitig ein im wesentlichen nach Größe und Phase gleichbleibender
Strom zugeführt wird. Wesentlich für die Erfindung, die einen Frequenzwandler mit
zwei beweglichen Bürstensätzen verwendet, ist also, daß die beiden Bürstensätze
des Frequenzwandlers an zwei gesonderte Erregerwicklungen der Kommutator-Hintermaschine
angeschlossen werden. Durch Verstellung der Bürstensätze des Frequenzwandlers wird
dann die gegenseitige Phasenlage der den beiden Erregerwicklungen der Kommutator-Hintermaschine
zugeführten Ströme verändert.
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Ist der dem Frequenzwandler schleifringseitig zugeführte Strom konstant,
so führt jeder Bürstensatz sowie die von ihm gespeiste Erregerwicklung der Kommutator-Hintermaschine
einen gleichbleibenden Strom, der sich bei der Verdrehung der Bürstensätze lediglich
hinsichtlich seiner Phasenlage ändert. Dies wirkt sich so aus, daß in der sogenannten
Durchmesserstellung, in der die Bürstenströme einander entsprechender Phasen der
beiden Bürstensätze in Gegenphase sind, die Erregung der Kommutator-Hintermaschine
einen Höchstwert erreicht. In der sogenannten Deckungsstellung, in der die Bürstensätze
gegenüber der Durchmesserstellung um 9o° verschoben sind, sind hingegen beide Ströme
gleichphasig und heben sich in der Erregerwicklung der Kommutator-Hintermaschine
gegenseitig auf. Dreht man die Bürstensätze über die Deckungsstellung hinaus, so
kehrt die Erregung ihr Vorzeichen um. Man kann auf diese Weise ohne regelbare Umspanner
mit nur einem einzigen Frequenzwandler und zwei Bürstensätzen sowohl die Drehzahl
als auch den Leistungsfaktor von Drehstromregelsätzen nach Belieben regeln.
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An Hand des in den Fig. I bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels
sei die Erfindung erläutert.
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In der Schaltungsanordnung der Fig. I ist in den Sekundärstromkreis
des in der Drehzahl bzw. in den Drehzahl und im Leistungsfaktor zu regelnden Drehstrommotors
I die mechanisch gekuppelte Kommutator-Hintermaschine 2 der Bauart Siemens-Lydall
oder Scherbius eingeschaltet. Die Kommutator-Hintermaschine 2 weist im Ständer neben
der nicht näher bezeichneten Kompensationswicklung die beiden dreiphasigen Erregerwicklungen
II und I2 auf. Diese beiden Erregerwicklungen können beispielsweise dadurch gebildet
werden, daß in einer dreisträngigen Wicklung die Mittelpunkte der Wicklungsstränge
zu einem Sternpunkt vereinigt sind, wie es in Fig. I schematisch angedeutet ist.
Gegenüber zwei vollständig getrennten Erregerwicklungen wird hierdurch eine bessere
Ausnutzung des für die Wicklungen zur Verfügung stehenden Nutraumes erzielt. Die
beiden Erregerwicklungen werden vom Kommutator eines Frequenzwandlers 3 gespeist,
dessen Schleifringen über den nicht regelbaren Stromtransformator q. und über die
Drosselspule 5 die Netzspannung zugeführt wird. Die Drosselspule 5 ist derart groß
bemessen, daß sie den Strom an den Schleifringen des Frequenzwandlers 3 vorschreibt,
unabhängig davon, wie groß der gesamte Widerstand an den Schleifringen des Kommutator-Frequenzwandlers
ist. Die Drosselspule hält daher bei der Regelung des Motors z auf Drehzahl oder
Phasenkompensierung den Strom an den Schleifringen des Frequenzwandlers im wesentlichen
konstant.
Fig.2 zeigt die Speisung der beiden Erregerwicklungen
II und I2 von den Bürsten am Kommutator-Frequenzwandler. Dieser besitzt zwei Bürstenträger,
von denen der eine für die Verstellung der Bürsten U, V und W, der zweite für die
Verstellung der Bürsten X, Y und Z dient. Beide Bürstensysteme sind entsprechend
den Wicklungen II und I2 dreiphasig ausgebildet und stehen bei der Darstellung nach
Fig. 2 in der Durchmesserstellung, so daß sich die vom Kommutator an die Erregerwicklungen
abgegebenen Ströme an den letzteren algebraisch addieren.
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Fig. 3 der Zeichnung zeigt an einem Vektordiagramm die Ströme in den
Bürsten U und X der Fig. 2 beim gegensinnigen Verstellen der beiden Bürstenträger.
In der Durchmesserstellung führt die Bürste U den Strom 0-U0, die Bürste X den Strom
X,-0, d. h., bei U tritt der Strom 0-U0 aus, und bei X tritt der Strom X0-0 ein.
In der Stellung U, -X1 führt die Bürste U den Strom 0-U1 und die Bürste
X den Strom X, -O usw. Bei Speisung der beiden Systeme mit gleichphasigen
Strömen wirken sich ihre Amperewindungen an der Erregung der Kommutator-Hintermaschine
entgegen entsprechend der Stellung o-o' der Fig. 3.
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Für die gegensinnige Verstellung der beiden Bürstenträger kann man
nach Fig. 4 zwei Differentialgetriebe 6 und 7 vorsehen, von denen das Differentialgetriebe
6 für die Verstellung des Bürstenträgers mit den Bürsten U, V und W, das Differentialgetriebe
7 für die Verstellung der Bürsten X, Y und Z dient. Die horizontalen Antriebswellen
der beiden Differentialgetriebe sind dabei über Kegelräder mit einem Verstellmotor
8 gekuppelt. Die zunächst als vertikale strichlierte Linie angedeuteten zweiten
Antriebswellen der Differentialgetriebe sind ebenfalls über Kegelräder mit dem Verstellmotor
9 gekuppelt. Die Drehzahlen der Verstellmotoren 8 und 9 gehen daher in beide Differentialgetriebe
ein. Die Anordnung wirkt so, daß der Motor 8 bei stillstehendem Motor 9 die beiden
Bürstenträger etwa im Sinne des Diagramms der Fig. 3 gegensinnig verstellt, der
Motor 9 dagegen bei stillstehendem Motor 8 im gleichen Sinne. Der Motor 8 beeinflußt
demnach die Größe und der Motor 9 die Phase des Erregerfeldes in der Kommutator-Hintermaschine
2. Je nachdem, welchen Motor man laufen läßt, kann man damit die Drehzahl oder die
Phasenkompensierung der Asynchron-Vordermaschine I regeln.