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Einrichtung zm'Komponndiertulg einer Kaskade, bestehend aus Induktionsmotor und Kommutatormaschine.
Die Kaskadenschaltung eines Induktionsmotors mit einer Kommutatormaschine gestattet die Leerlauftourenzahl in weiten Grenzen beliebig einzustellen. In vielen Fällen ist es aber erwünscht, dass die Tourenzahl mit wachsender Belastung des Aggregates abfällt, besonders dann. wenn das Aggregat mit Schwungmassen gekuppelt ist. welche als Energiespeicher zum Belastungsausgleich dienen.
Fallende Tourenzahl bedeutet im übersynchronen Arbeitsgebiet des Induktionsmotors eine Verkleinerung des Schlupfes und im untersynchronen Gebiet. eine Vergrösserung. Da der Schlupf des Induktionsmotors ungefähr der Rotationsspannung der Kollektormaschine proportional ist. muss deren Erregerfeld beim Übergang vom Leerlauf zur Belastung übersynchron geschwächt und untersynchron verstärkt werden, um einen Drehzahlabfall mit wachsender Belastung zu erreichen. Bei motorischem Arbeiten des Induktionsmotors arbeitet die Kollektormaschine übersynchron als Generator und untersynchron als Motor.
Bezogen auf beliebigen Momentanwert des Rotorstromes der Kaskade hat also das Erregerfeld übersynehron entgegengesetzte Richtung wie untersynchron und eine übersynchrone Schwächung des Erregerfeldes bedeutet, bezogen auf den Rotorstrom, eine Feldänderung in gleicher Richtung als eine untersynchrone Stärkung des Feldes. Die Feldänderung kann also im ganzen Regelbereich des Induktionsmotors durch die Stromänderung bewirkt werden. Es sind nun zwei Mittel bekannt, um eine Beeinflussung des Erregerfeldes durch den Belasturesstrom zu erzielen. deren jedes aber nur in einem Teil des Regelbereiches wirksam ist.
So kann man mittels eines sogenannten Kompoundierungstransformators in den Stromkreis der von gegebener Spannung gespeisten Erregerwicklung der Kommutatormaschine eine vom Belastungsstrom dieser Maschine abhängige Spannung einfügen. Dieses Mittel ist bei Tourenzahlen der Kaskade wirksam, welche von der synchronen Tourenzahl des Induktionsmotors wesentlich abweichen. unwirksam dagegen für die synchrone Tourenzahl selbst und für die dem Synchronismus nahekommenden Tourenzahlen. Die Unwirksamkeit der Einrichtung hat ihren Grund darin, dass bei abnehmender Frequenz die Koppelung des Hauptstromkreises mit dem Erregerstromkreis durch den Kompoundierungstransformator schwächer wird und im Synchronismus ganz verschwindet, da bei kleinen Frequenzen die Ohmschen Widerstände eine wesentliche Rolle spielen.
Für eine Kaskade oben beschriebener Art, deren
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vollkommen.
Eine andere, besonders aus der Gleichstromtechnik bekannte Art der Kompoundierung ist dagegen, gleichachsig mit der von gegebener Spannung gespeisten Erregerwicklung eine Kompoundwicklung auf die
Maschine selbst aufzubringen, welche vom Hauptstron durohflossen wird und unmittelbar das Feld der
Maschine beeinflusst. Eine solche Kompoundwicklung ist aber bei Tourenzahlen unwirksam, welche von der synchronen Tourenzahl abweichen, weil sich dann ein Feld in der Maschine einstellt, welches nur ab- hängig von der Erregerspannung und deren Frequenz und der Windungszahl der Erregerwicklung ist.
Die Kompoundwieklung kann demnach die Feldstärke der Maschine nicht ändern und ihre Amperewin- dungen werden durch entgegenwirkende Amperewindungen in der eigentlichen Erregerwicklung kom- pensiert.
Das Vorhandensein einer Kompoundwicklung bedingt hienach nur eine gewisse Stromverteilung für die resultierenden Erreger-Amperewindungen, ohne dass dadurch die Feldstärke wesentlich geändert würde. Wirksam dagegen ist die Kompoundwicklung gerade im Synchronismus der Kaskade, weil eine Jnduktive Koppelung mit der Erregerwicklung dann nicht mehr besteht und das Feld ein-Gleichstromfeld ist.
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Es ist nun Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zur Kompoundierung einer Kaskade, bestehend aus Induktionsmotor und Kommutatormaschine, welche eine von gegebener Spannung gespeiste Erregerwicklung besitzt, und es soll erfindungsgemäss die Kompoundierung sowohl durch eine auf der Kommutatormaschine aufgebrachte, vom Hauptstrom dieser Maschine durchflossene Kompoundwicklung, als auch durch einen Kompoundierungstransformator bewirkt werden, welcher bei vom Synchronismus abweichenden Geschwindigkeiten der Kaskade eine dem Hauptstrom und der Frequenz im Rotorkreis proportionale zusätzliche Erregerspannung in den Stromkreis der Erregerwicklung einfügt.
Zunächst gewährleistet diese Kombination beider an sich bekannter Mittel die Wirksamkeit der Kompoundierung im ganzen Regelungsbereich. Dann aber ist es auch möglich, durch geeignete Bemessung des Kompoundierungstransformators die gegenseitige Beeinflussung der beiden Erregerwicklungen auf der Kommutatormaschine bei allen Tourenzahlen zu vermeiden, also auch für den Fall, dass diese von der synchronen Tourenzahl wesentlich abweichen. Die Bemessung des Kompoundierungstransformators ist dann eine solche, dass die von ihm in den Stromkreis der Erregerwicklung eingefügte, dem Hauptstrom proportionale Zusatzerregerspannung in jedem Moment gleichund entgegengesetzt ist dervon der Kompoundwicklung in der Erregerwicklung induzierten Spannung, so dass sich diese beiden Spannungen vollkommen kompensieren.
InFig. 1 ist eine Anordnung zur Ausübung der beschliebenen Kompoundierung dargestellt. Es bedeutet J den am Netz N liegenden Induktionsmotor, an dessen Schleifringe S die Kollektormasehine H angeschlossen ist. Die Kollektormaschine ist mit einer Maschine konstanter oder annähernd konstanter Drehzahl, z. B. einer Asynchronmaschine, gekuppelt. Die Erregerwicklung E der Maschine H ist über den regelbaren Erregertransformator Te ebenfalls an die Schleifringe S des Induktionsmotors J gelegt.
Die Maschine H besitzt den mit Kollektor versehenen Rotor L. Die Kollektorbürsten b, b, b sind mit der Kompensationswicklung 0 verbunden und wie aus Fig. 1 ersichtlich, trägt die Maschine H noch eine Kompoundwicklung K, welche in Reihe mit der Kompensationswieldung C geschaltet ist und demnach gegebenenfalls mit ihr zu einer Wicklung vereinigt sein kann. Ferner aber ist ein Kompoundtransformator Tk gezeichnet, dessen Primärwicklung P vom Hauptstrom, dessen Sekundärwicklung Q vom Erregerstrom der Maschine T ? durchflossen wird.
Der Transformator Tk ist nun in einem solchen Sinne erregt, dass die in der Sekundärwicklung Q durch die Primärwicklung P induzierte Spannung der von der Kompoundwicklung K in der Erregerwicklung E induzierten Spannung gleich und entgegengerichtet ist.
Dadurch wird erreicht, dass bei untersynchronem oder übersynchronem Betrieb der Kaskade die Kom- poundierung wirksam ist. Bei Synchronismus selbst ist sie ebenfalls wirksam. Wohl verschwindet dann die durch den Transformator T & in den Erregerkreis eingefügte Spannung, aber auch in der Maschine H selbst besteht dann keine induktive Koppelung zwischen den Wicklungen E und K mehr und die Wirkung der Kompoundströme wird nicht mehr durch Gegenamperewindungen in der Erregerwicklung E kompensiert. Es ist von besonderem Vorteil, wenn bei dieser Einrichtung der Kompoundierungstransformator mit hohem magnetischen Widerstand ausgeführt wird.
Anstatt den Kompoundierungstransformator direkt auf den Erregerkreis einwirken zu lassen, kann man ihn auch derart schalten, dass er die dem Hauptstrom proportionale Zusatzspannung in den Erregerkreis eines Generators schaltet, welcher mit der Erregerwicklung der Kommutatormaschine in Reihe geschaltet ist und mit konstanter oder annähernd konstanter Tourenzahl angetrieben wird. In diesem Falle werden in den Erregerkreis des Erregergenerators zweckmässig Widerstände einer solchen
Grösse geschaltet, dass sich die Grösse des Stromes nahezu unabhängig von der Reaktanz dieses Erregerkreises einstellt.
Die Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel für diesen besonderen Fall dar. Die Bedeutung der Buchstaben und Zahlen ist die gleiche wie in Fig. 1. Die Erregerwicklung E ist aber zwischen dem Reguliertransformator Te und einen Erregergenerator G geschaltet, dessen Rotorspannung proportional dem Hauptstrom und der Rotorfrequenz der Kaskade ist. Um dies zu erreichen, wird die Erregerwicklung El des Generators G über den Widerstand von der Sekundärwicklung Q des Kompoundtransformators Tk aus gespeist, dessen Primärwicklung P vom Hauptstrom der Kommutatormaschine H durchflossen ist.
Die Erregung des Erregergenerators kann dabei selbst eine kombinierte sein, wie es durch Fig. 3 dar- gestellt ist.
In Fig. 3 besitzt die Erregermaschine G drei Erregerwicklungen, nämlich , E2 und E3. Von diesen wird E2 unmittelbar über einen regelbaren Ohmschen Widerstand R2 von den Schleifringen des
Induktionsmotors J gespeist. Das von der Wicklung E2 erregte Feld induziert im Anker der Erreger- maschine G eine Rotationsspannung, die bei gegebenem Widerstand R2 der Schleifringspannung proportional ist und durch Änderung des Widerstandes R2 auf jeden Wert einreguliert werden kann, so dass sie die
Grösse der Spannung an den Schleifringen S des Induktionsmotors auf den für die Erregung der Wicklung E verlangten Wert erhöht oder schwächt (vgl. D. R. P. Nr. 241188).
Die Erregerwicklung-Eg dagegen erhält ihren Strom über einen Ohmschen Widerstand N3 von einem an das Primärnetz N angeschlossenen Frequenzwandler F und schliesslich wird die Erregerwicklung Ei von einem dem Hauptstrom und der
Rotorfrequenz der Maschine proportionalen Strom des Kompoundierungstransformators Tk über einen ohmschen Widerstand Rl erregt. Die von der Erregermaschine G gelieferte Erregerspannung setzt sich
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demnach aus Komponenten zusammen, welche in jedem Moment den drei Erregungen der Maschine a entsprechen. Die Erregungen von E2 und Ea sind im wesentlichen Funktionen von Spannungen, die Erregung von Ei dagegen ist vorwiegend eine Funktion des Hauptstromes.
Die Erregerspannung der Wicklung E2 ist die Schleifringspannung des Induktionsmotors J, welche im Synchronismus = 0 ist und daher nur bei unter-oder übersynchronem Betrieb ein Feld erzeugt. Die Erregerspannung der Wicklung Eg ist bestimmt durch die konstant angenommene Netzspannung und das gegebenenfalls regelbare Übersetzungsverhältnis des dem Frequenzwandler F vorgeschalteten Transformators Tl. Der Frequenzwandler F ist starr gekuppelt mit dem Induktionsmotor J. Diese Erregerspannung ist unabhängig von der Tourenzahl der Kaskade und erzeugt demnach auch bei synchroner Tourenzahl ein Feld, u. zw. ein Gleichstromfeld in der Maschine G.
Die Erregerwicklung EI, welche, wie erwähnt, von dem Kompoundtransformator Tk aus gespeist ist, liefert eine dem Hauptstrom und der Frequenz des Rotorkreises proportionale Feldkomponente, aber nur bei von der synchronen Tourenzahl abweichenden Tourenzahlen der Kaskade. Bei Synchronismus fliesst im Rotorkreis der Kaskade ein System von Gleichströmen, so dass eine gegenseitige transformatorische Beeinflussung der in den Wicklungen P und Q des Transformators fliessenden Ströme unmöglich ist. Bei der synchronen Tourenzahl kommt aber die Kompoundwicklung K der Maschine H zur Wirkung, so dass die Maschine H auch bei synchroner Geschwindigkeit der Kaskade sowohl eine vom Hauptstrom unabhängige, durch den Frequenzwandler F bedingte, als auch eine vom Hauptstrom abhängige, durch die Kompoundwicklung K bedingte Erregung besitzt.
Die Widerstände-Ri, und Ra dienen dazu, die induktive gegenseitige Beeinflussung der Wicklungen EI, E2 und Ea der Erregermaschine G (Fig. 3) auf ein zulässiges Mass herabzudrücken. In den Stromkreisen der Wicklungen Ei und Es sind sie unveränderlich und es ist daher möglich und kann unter Umständen vorteilhaft sein, die beiden Stromkreise zusammenzulegen, indem man die Sekundärwicklung des Transformators Tk unmittelbar in den Stromkreis der Wicklung Eg ; also in Serie mit dem Frequenzwandler F, dem Widerstand ss. und der Erregerwicklung Es schaltet, wobei die Wicklung Ei wegfällt.
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