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Kaskade, bestehend aus Induktionsvordermotor und liommutatorhintermaschme.
Soll durch die Kaskadenschaltung eines Induktionsvordermotors mit einer beispielsweise in bezug auf Ankerreaktanz kompensieren Kommutatorhintermaschine gleichzeitig mit der Regelung der Tourenzahl der Leistungsfaktor des Induktionsmotors verbessert, also dessen Magnetisierungsstrom teilweise oder ganz auf den Rotorkreis übernommen werden, so muss, insofern im letzteren keine andern elektromotorischen Kräfte auftreten, die Rotationsspannung der Kommutatormaschine gegenüber der Sehlupf- spannung des Induktionsmotors um einen stumpfen Winkel voreilen.
Die Rotationsspannung der Kommutatormaschine wird durch Rotation ihres Rotors in ihrem Erregerfeld induziert. Das Erregerfeld und die an den Klemmen der Erregerwicklung anzusetzende Spannung können je in zwei Komponenten zerlegt werden, deren eine derjenigen Komponente der Rotationsspannung der Kommutatormaschine entspricht, die für die Tourenzahl der Kaskade bestimmend und in Gegenphase mit der entsprechenden Schlupfspannung des Induktionsmotors ist, während die andere Komponente um 900 gegen die Schlupfspannung voreilt.
Ist nun die Streureaktanz des Sekundärkreises der Kaskade vernachlässigbar, so bedingt die zweite Komponente ausschliesslich den Grad der beim Induktionsmotor erreichten Phasenkompensation ; wird ausserdem die Kommutatormaschine mit konstanter Tourenzahl angetrieben und soll der auf den Sekundärkreis übernommene Magnetisierungsstrom des Induktionsmotors über den ganzen Regelbereich gleiche Grösse haben, so muss auch die genannte zweite Komponente des Erregerfeldes konstant sein. Bei vernachlässigbarem Widerstand der Erregerwicklung ist die entsprechende Komponente der Erregerspannung der Schlupffrequenz, also auch der Schleifringspannung des Induktiosmotors, proportional.
Wird die Erregerwicklung der Kommutatormaschine in bekannter Weise (s. D. R. P. 241188) von den Schleifringen und dem dazu in Reihe geschalteten Rotor einer besonderen Erregermaschine gespeist (Nebenschlusskaskade), so war bisher keine Schaltung bekannt, die ohne komplizierte Umschaltungen bei Durchgang durch Synchronismus sowohl in unter-als auch in übersynchronem Gebiet die genannten beiden Komponenten der Erregerspannung lieferte. Es konnte wohl entweder nur im untersynchronen oder nur im übersynchronen Gebiet durch Phasenkombination (s. D. R. P. 193875) der Erregrwicklung der Kommutatormaschine erreicht werden, dass das Feld und die Rotationsspannung der Kommutatormaschine sowohl eine auf Regelung der Drehzahl als auch eine auf Phasenkompensation des Induktionsmotors wirkende Komponente enthielt.
Nach Durchgang durch Synchronismus bekam aber, wenn dabei die Phasenfolge im Rotorkreis wechselt, die die Pahsenkompensation beeinflussende Komponente falsche Richtung, sie bewirkte eine Phasenverschlechterung des Hauptmotors, solange die Art der Phasenkombination nicht geändert wurde.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wirkt gemäss vorliegender Erfindung auf den Erregerkreis der Kommutatormaschine die Se & undärwicklung eines primär an die Schleifringe des Induktionsmotors angeschlossenen Transformators, so dass die Transformatorspannung den durch die Phasenkompensation bedingten Teil der induktiven Komponente der Erregerspannung mindestens teilweise deckt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 1. i ist der Induktionsmotor, dessen Stator an das Netz n angeschlossen ist. An seinen Schleifringen s ist die Kommutatormaschine k mit der Kompensationswicklung c und dem Anker a angeschlossen. 1, 2, 3 bezeichnet die Phasenfolge bei untersyn-
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Erregerwicklung der Kommutatormaschine. Sie besteht aus sechs gleichen, mit gleicher Windungszahl N und in gleichem Sinne gewickelten Spulen ; jeder Bürstenachse entsprechen zwei Spulen, die jedoch in umgekehrtem Sinne an zwei Schleifringe s angeschlossen sind. Die Erregerwicklung ist unter Zwischenschaltung des Sekundärteiles (1, 2, 3) eines Transformators t'an die Schleifringe s angeschlossen, an denen auch die Primärwicklung dieses Transformators liegt.
Der Transformator t'ist primär in Dreieck. sekundär offen geschaltet. Andererseits ist die Erregerwicklung e an den Rotorkreis der Erregermaschine g angeschlossen, der ausser der Ankerwicklung a'noch die Kompensationswicklung c'enthält. Die Erreger-
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vom Netz n gespeist wird. Der Frequenzumformer f dient in bekannter Weise zum Durchschreiten des Synchronismus. Der Induktionsmotor i sei nur mit dem Frequenzumformer f mechanisch gekuppelt.
Die Maschinen 7c und g seien unabhängig davon mit konstanter Tourenzahl angetrieben.
Der Zusammenhang zwischen den einzelnen Spannungen und Strömen, soweit sie den Erfindungsgedanken betreffen, ist in dem Diagramm Fig. 2 niedergelegt, das für einen Leerlauf der Kaskade gilt. Die eingetragene Drehrichtung der Zeitlinie entspricht der Phasenfolge für untersynchronen Lauf. Es ist OA die Schleifringspannung E"i der Phase 1 des Induktionsmotors i, DA der Ohmsche Spannungsabfall Ìt r im Rotorkreis der Kommutatormaschine Je. Ist nun der induktive Abfall dieses Kreises vernachlässigbar, so muss DO die durch Rotation erzeugte elektromotorische Kraft Elc, der Machine k sein.
Dabei ist sowohl für die Rotorströme 1 als für die Erregerströme J und für die Spannungen die Richtung von Induktionsmotor t zum Anker oder zur Erregung der Kommutatormaschine k als positiv angenommen. Das Erregerfeld der Kommutatormaschine k ist nach den drei Bürstenachsen zerlegt ; der Drehsinn und der Wicklungssinn des Ankers seien derart, dass jedes der so erhaltenen Wechselfelder #1,#2,#3 die Phase der entsprechenden Rotationsspannung bekomme, wenn man es nach dem in Fig. 1 eingetragenen radialen
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scheint in Fig. 2 die Strecke < ! \ als geometrische Summe der Strecken J2 und -J3.
Von den beiden durch den Strom J1 durchflossenen Spulen sind die N-Windungen der ersten Spule mit dem Kraftfluss e, und die der zweiten mit dem Kraftfluss-#2 verkettet; die Summe der ProdukteN #3 und - N #2 hat daher die Phase von J1 ; von m nach n muss also zur Erzeugung des Stromes J ein Potentialgefälle herrschen, welches bei vernachlässigbarem Ohmsehen Widerstand dem Strom J1 um 900 voreilt nnd durch oe gegeben ist.
Es bedeutet ferner wieder für Phase AB die durch Rotation erzeugte elektromotorische Kraft Eg, der Maschine g (die aber auch um 180 gegen die gezeichnete Lage verschoben sein kann) und BC die sekundäre elektromotorische Kraft EI. des Transformators t ; die Summe der Spannungen OA, AB und BC ist gleich der zur Erregung des Erregerfeldes notwendigen Spannung 00. Schleifringspannung und Spannung der Erregermaschine decken die auf Regelung der Drehzahl wirkende Komponente der Erregerspannung OB, und die Sekundärspannung des Transformators die auf Phasenkompensation wirkende Komponente BC.
Das Ohmsche Gefälle von tu nach M ist im Diagramm vernachlässigt ; es kann aber auch neben der induktiven Spannung durch die Spannungen OA + A B + B C gedeckt werden, in welchem Fall der Winkel von 00 mit J1 ein spitzer wird.
Das Nacheilen um 90 der Spannung EI. gegenüber der Spannung. E\ ist nach Fig. 1 dadurch erreicht, dass erstere in Phase mit derjenigen primären elektromotorischen Kraft des Transformators t'ist, welche von q nach p wirkt, also mit dem Potentialgefälle von p nach q, d. h. mit E",-E",.
Bei übersynchronem Lauf des Induktionsmotors ist die Drehrichtung der Zeitlinie entgegengesetzt wie in Fig. 2 angegeben, in der ein Diagramm für übersynehronen Lauf bei gleicher Schlupffrequenz gestrichelt eingetragen ist. OA ist wieder die Schleifringspannung des Induktionsmotors i, D'A ist der Ohmsche Spannungsabfall im Rotorkreis der Kaskade bei einem Leerlauf, D'0 ist die durch Rotation zu erzeugende elektromotorische Kraft der Maschine k. zist das Erregerfeld und J'i der Erregerstrom der Phase 1, die induktive Erregerspannung eilt dem Strom wieder um 90 vor und ist gegeben durch OC1.
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der Erregermaschine auf den richtigen Betrag zu bringen.
Dieselbe Erregerspannung an der Wicklung e und daher denselben Effekt kann man aber auch ohne Änderung an 7t'und/erreichen, nämlich wenn man in jeder Phase Anfang des sekundären Teils des Transformators t'und Ende der Erregerwicklung e vertauscht ; in der Phase 1 wären somit Punkte 1 und n zu vertauschen, d. h#nach Unterbrechung der Leitung
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an nu. In der Tat ist dann jede Spannung noch gleich-AB + BO - OA = OB'+ B'0'.
Durch Ändern der Übersetzung des Transformators t'kann der Grad der Phasenkompensation geändert werden.
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Statt die Sekundärspannung des Transformators t'unmittelbar auf den Erregerkreis der Kommu- tatormaschine wirken zu lassen, ist es auch möglich, diesen Transformator auf einen besonderen Erregerkreis einer Erregermaschine zu schalten. Um den mit der Schlupffrequenz wechselnden Einfluss der Reaktanz dieses Erregerkreises zu unterdrücken, ist ein grosser, konstanter Widerstand vorzuschalten ; da diese Bedingung für den vom Frequenzumformer f gespeisten Erregerkreis der Erregermaschine g erfüllt ist, kann die Sekundärwicklung des Transformators t'auch in diesen Kreis eingeschaltet werden.
Wird bei dieser Schaltung bei Durchgang durch Synchronismus Anfang und Ende der Erregerwicklung der Kommutatormaschine vertauscht, so muss auch die Richtung der Sekundärspannung des Transformators t'umgekehrt werden.
Eine Vereinfachung ergibt sich, wenn man die einzelnen Erregerströme J1, J2, J3 von einem Schleifring s anderer Phase abzweigt. Die Phasenkombination in der Erregerwicklung der Kommutatormaschine, die Fig. 1 zeigt, würde dann wegfallen ; ferner würde dabei noch die Dreieckschaltung im Primärteil des Transformators t'durch eine Sternschaltung ersetzt werden, wobei auf jede Phase des Sekundärteils die gleiche Phase des Primärteils wirkt. Das Diagramm eines solchen Ausführungsbeispiels zeigt Fig. 3.
OA, OAs und OA3 sind die dreiphasen der Schleifringspannung des Induktionsmotors i. D1A1 ist der Ohmsche Spannungsabfall der Phase 1 im Rotorkreis der Kommutatormaschine, bei einem untersynchronen
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voreile. Bu, zist die sekundäre elektromotorische Kraft des Transformators l ;
sie sei in Phase mit (Mj. (M : liefert bereits eine auf Phasenkompensation wirkende Komponente OF1, die im allgemeinen viel zu gross ist und durch die Transformatorspannung B1C1 auf den verlangten Wert OG1 ergänzt wird.
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der Anschluss der Erregerströme von Schleifringen anderer Phase abgezweigt worden, anderseits (damit trotz der Umkehrung des Drehsinnes des Feldes der Maschine g die Spannung Ase'l gegenüber (Mi voreile) der Anschluss der Wicklung 71,'an die Schleifringe s umgekehrt werden.
Die Erfindung bleibt auch anwendbar, wenn die Kommutatormaschine ausser der Nebenschlusserregung eine Hauptschlusserregung besitzt oder wenn die Nebenschlusserregung transformatorisch vom Rotorstrom der Kaskade beeinflusst wird. Wenn durch den Rotorstrom im Erregerkreis Spannungen induziert werden, die auf Phasenkompensation wirken, so kann der neu vorgeschlagene Transformator dazu dienen, diese Spannungen auf den verlangten Betrag zu ergänzen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Nebenschluss-oder Kompoundkaskade, bestehend aus Induktionsvordermotor (i) und Kommu tatorhintermaschine (k), die gleichzeitig zur Regelung der Drehzahl und zur Phasenkompensation deInduktionsmotors dient, wobei die induktive Komponente der Erregerspannung der Nebenschluss- wicklung der Kommutatormaschine in Reihe von den Schleifringen des Induktionsmotors (i) und von einer Erregermaschine (g) aus gedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Erregerkreis (e) der Kommutatormaschine (k) die Sekundärwicklung eines primär an die Schleifringe des Induktionsmotors angeschlossenen Transformators (t') so einwirkt, dass die Transformatorspannung den durch die Phasenkompensation bedingten Teil der induktiven Komponente der Erregerspannung mindestens teilweise deckt.