DE252993C - - Google Patents
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- DE252993C DE252993C DENDAT252993D DE252993DA DE252993C DE 252993 C DE252993 C DE 252993C DE NDAT252993 D DENDAT252993 D DE NDAT252993D DE 252993D A DE252993D A DE 252993DA DE 252993 C DE252993 C DE 252993C
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K47/00—Dynamo-electric converters
- H02K47/18—AC/AC converters
- H02K47/22—Single-armature frequency converters with or without phase-number conversion
- H02K47/28—Single-armature frequency converters with or without phase-number conversion operating as commutator machines with added slip-rings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
- M 252993 KLASSE 21 d. GRUPPE
Bei Frequenzumformern mit Statorwicklung, deren Anker einerseits mit Schleifringen, andererseits
mit einem Kollektor versehen ist, ist es im Interesse einer guten Kommutation wichtig, die Hilfspolzone, die z. B. durch
Hilfspole mit oder ohne Wicklung gebildet wird, frei vom Hauptfeld zu erhalten, um
davon unabhängig ein richtiges Hilfspolfeld einstellen zu können. Das störende Hauptfeld
in der Hilfspolzone kann man nun entweder von vornherein vermeiden durch geeignete
Erregung der Hauptpole, die man so erregt, daß eine Erregung vom Rotor aus nicht
mehr erfolgt, oder man kann es kompensieren durch passende Gegen erregung der Hilfspole.
Außerdem bietet die richtige Erregung der Hauptpole noch eine Reihe weiterer Vorteile,
wie Entlastung der Schleifringe vom Magnetisierungsstrom, stabilen Lauf usw. In beiden
Fällen muß man aber dafür sorgen, daß sich bei jeder Änderung der primären oder sekundären
Frequenz oder Spannung die betreffende Haupt- bzw. Hilfspolerregung selbsttätig richtig
einstellt. Diese Änderung muß natürlich in beiden Fällen nach denselben Gesetzen erfolgen;
denn hat man z. B. für eine bestimmte Sekundärspannung und -frequenz des Frequenzumformers
die richtige Erregung gefunden, so wird diese keinesfalls auch für andere Sekundärspannungen
und -frequenzen richtig sein, da sich allein schon der induktive Widerstand der betreffenden Erregerwicklungen mit der
Frequenz ändert, Die vorliegende Erfindung gibt nun einige Mittel an, um die richtige
Haupt- bzw. Hilfspolerregung des Frequenz-Umformers selbsttätig zu erhalten.
Um den Erfindungsgedanken näher zu erläutern, soll nachfolgend gezeigt werden, wie
die zur Erzielung einer feldfreien Hilfspolzone richtige Erregung der Hauptpole, welche man
beispielsweise bei Maschinen mit ausgeprägten Polen gerade erreicht, wenn der Magnetisierungsstrom
genau vom Stator geliefert wird, aufrechterhalten werden kann. Es sei jedoch
gleich bemerkt, daß gegebenenfalls für die Aufrechterhaltung der richtigen Erregung der
Hilfspole in gleicher Weise verfahren werden kann.
Die Aufrechterhaltung der richtigen Erregung läßt sich nach der vorliegenden Erfin-•dung
dadurch erreichen, daß in den Erregerkreis eine außerhalb des Umformers erzeugte
Spannung eingeschaltet wird, die den Reaktanzabfall der Erregerwicklung selbsttätig genau
kompensiert. Dies läßt sich z. B. durch einen an die Erregerwicklung angeschlossenen
leerlaufenden Hilfsmotor ermöglichen, der, einmal richtig eingestellt, selbsttätig bei allen
Betriebsverhältnissen die richtige Erregung des Frequenzwandlers erzwingt.
Bleibt die sekundäre Spannung konstant, während sich die sekundäre Frequenz ändert,
so kann dieser Hilfsmotor ein Synchronmotor sein, wie in Fig. 1 dargestellt ist; darin bedeutet
W1 das primäre, «a das sekundäre Netz,
f den Frequenzumformer mit seiner Haupt'
polerregerwicklung e (eine Hilfspolerregerwicklung
ist in dem erläuternden Beispiel nicht vorgesehen) und s den synchronen Hilfsmotor.
Man hat dann das Diagramm Fig. 2 zu erfüllen, das für drei verschiedene Betriebszustände
gilt bei veriabler sekundärer Frequenz. e„ sei die sekundäre Klemmenspannung des Frequenzwandlers
bei der sekundären Frequenz 0, d. h. bei Gleichstrom; dann hat die Erregerwicklung
nur den Ohmschen Abfall i0 · w, wenn i0 der Erregerstrom und w der Widerstand
der Erregerwicklung ist. Bei steigender Periodenzahl, wenn also im Sekundärnetz Wechselstrom
herrscht, bleibt bei sonst ungeänderten Verhältnissen die Spannung % ,nach Größe
und Phase dieselbe; da aber außer dem Ohmschen Abfall i0 · w in der Erregerwicklung
noch ein induktiver Abfall i„ · w L auftritt, so
müßte die Spannung an den Klemmen der Erregerwicklung jetzt den Wert ew haben,
damit i0 den früheren Wert erhält, und i0
muß gleich bleiben, da die Induktion die gleiche bleiben soll, um das gleiche Feld zu
erhalten. Zur Kompensation dieser wattlosen Komponente i0 · ω L dient nun der senchrone
Hilfsmotor, der genau die entgegengerichtete Spannung em liefern muß. Ist dieser Wert
einmal richtig eingestellt, so ergibt sich leicht, daß er für alle Sekundärfrequenzen stimmt.
Denn bei konstanter Erregung des Synchronmotors ändert sich seine Spannung proportional
der Periodenzahl, z. B. von e,„ auf e'm ;
da sich im gleichen Verhältnis auch der wattlose Spannungsabfall i0 · -j>
L auf i0 · w' L ändert, bleibt die Kompensation unbedingt richtig,
ohne daß an der Erregung des Synchronmotors etwas geändert zu werden braucht.
Ein Nachteil des Synchronmotors ist der Umstand, daß zu seiner Erregung Gleichstrom
benötigt wird; dieser Nachteil fällt fort, wenn man den Synchronmotor durch einen doppelt
gespeisten Asynchronmotor ersetzt, der in Fig. 3 mit α bezeichnet ist und einerseits am
Primärnetz nv andererseits an der vom Sekundärnetz
n2 gespeisten Erregerwicklung β des Frequenzwandlers f liegt. Dieser Motor
hat den weiteren sehr erheblichen Vorteil, daß er nicht nur bei konstanter Sekundärspannung
richtig kompensiert, sondern auch dann, wenn sich die Sekundärspannung proportional
mit der Sekundär frequenz ändert, ein Fall, der z. B. dann eintritt, wenn der Frequenzwandler zur Tourenregelung eines Induktionsmotors
dient. Mit einem Synchronmotor kann man dann nicht mehr arbeiten, da sich seine Erregung nicht selbsttätig reguliert,
wenigstens nicht ohne Zuhilfenahme komplizierter Apparate, während sich der Asynchronmotor bei richtiger Schaltung selbsttätig
einstellt. Die Regelung der Sekundärfrequenz zugleich mit der Sekundärspannung
des Frequenzwandlers wird bekanntlich so vorgenommen, daß man seine Primärspannung
— bei konstanter Primärfrequenz — reguliert, z. B. durch einen Anzapftransformator oder
Induktionsregler t in Fig. 4. Dabei muß zur Erzielung der richtigen Tourenzahl der Frequenzwandler
durch einen doppelt gespeisten Induktionsmotor d angetrieben werden. Damit
der doppelt gespeiste Motor α richtig arbeitet, hat man jetzt dafür zu sorgen, daß
seine Statorspannung ebenfalls mitreguliert wird; man schließt ihn also zusammen mit
den Schleifringen des Frequenzwandlers an den Sekundärteil des Regeltransformators i an.
Dann wird das Diagramm Fig. 5 erfüllt. Wird beispielsweise die Primärspannung auf das
Doppelte vergrößert, so steigt dadurch gleichzeitig die sekundäre Spannung von OA = eg
auf 0ß = 2 e„ und die sekundäre Frequenz
von w auf 2 ca. Da nun bei Vernachlässigung
der Sättigung der Magnetisierungsstrom i0 ebenfalls auf das Doppelte wächst, so steigt
der induktive Abfall i0· ω L =. AC auf das
Vierfache, auf BD: Die den induktiven Abfall kompensierende Maschine hat dann also
die vierfache Spannung = 4 e,„ zu liefern, und das tut der doppelt gespeiste Induktionsmotor
automatisch, da sowohl seine Sekundärfrequenz als auch seine Primärspannung auf das Doppelte
angewachsen sind.
Bei dieser Anordnung läßt sich der doppelt gespeiste Antriebsmotor d vermeiden, denn es
ist auch möglich, den Hilfsmotor α direkt zum Antrieb des Frequenzwandlers f zu verwenden,
wie in Fig. 6 dargestellt ist. Der Motor α kann auch irgendwelche andere mechanische
Arbeit abgeben, ebenso wie der zuerst genannte Synchronmotor s, wodurch besondere Wirkungen zu erzielen sind.
In der Einleitung dieser Beschreibung wurde gesagt, daß man, wie die Beispiele Fig. 1 bis 6
zeigen, genau die Hauptpolerregung am Stator einstellen muß, um die Hilfspolzone feldfrei
zu erhalten. Letzteres kann man, wie erwähnt, auch dadurch erreichen, daß man, statt die Hauptpolerregung zu beeinflussen,
bei Hilfspolen mit Wicklungen diese so erregt, daß das Hauptfeld in der Kommutierungszone
genau aufgehoben wird. Dabei hat man natürlich die gleichen Abhängigkeiten von Spannung und Frequenz, wie bei der
Hauptpolerregung, man kann also genau die gleichen Mittel, Synchronmotor oder doppelt
gespeisten Induktionsmotor, auch für die kornpensierende Hilfspolerregung anwenden. Prinzipiell
ist es ja gleichgültig, von wo aus man die schädlichen Felder in der Hilfspolachse
aufhebt, ob von den Hauptpolen oder von den Hilfspolen aus. Theoretisch ist beides
richtig; was das praktisch Richtige ist, muß von Fall zu Fall entschieden werden. Unter
Umständen wird auch eine Kombination der Haupt- und Hilfspolerregung für den obigen
Zweck am Platze sein.
Claims (7)
- ** Patent-Ansprüche:i. Einrichtung zur Erregung der Haupt- und gegebenenfalls der Hilfspole von Frequenzumformern mit Schleifringen undίο Kollektor, dadurch gekennzeichnet, daß in den Erregerkreis eine außerhalb des Umformers erzeugte Spannung eingeschaltet wird, die den Reaktanzabfall der Erregerwicklung selbsttätig genau kompensiert.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierende Spannung durch einen Synchronmotor geliefert wird.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierende Spannung durch einen doppelt gespeisten Induktionsmotor geliefert wird, der einerseits am Primärnetz, andererseits an der Erregerwicklung des Frequenzwandlers liegt.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspannung des doppelt gespeisten Motors in der gleichen Weise geregelt wird wie diejenige des Frequenzwandlers.
- 5. Einrichtung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärteil des doppelt gespeisten Motors an die Sekundärseite des gleichen Regeltransformotors angeschlossen ist wie die Schleifringe des Frequenzwandlers.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmotor gleichzeitig mechanische Energie abgibt.
- 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmotor gleichzeitig zum Antrieb des Frequenzwandlers dient.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
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