DE509278C - Anordnung zur Erregung von staendererregten Hintermaschinen in Drehstromkaskaden - Google Patents

Description

Im folgenden ist eine neue Anordnung angegeben, die es ermöglicht, die Phase des Erregerfeldes bei ständergespeisten Kommutatorhintermaschinen bei wechselnder Frequenz konstant zu halten, ohne daß. dies mit Hilfe von in den Sekundärkreis der Hauptmaschine eingeschalteten und wegen der kleinen Frequenz großen und teueren Apparaten geschieht. Es werden vielmehr alle Maschinen mit ihrer normalen Frequenz beansprucht. Die Erregung der Kommutatormaschine, die entweder mechanisch oder elektrisch mit der Hauptmaschine gekuppelt sein kann, erfolgt durch eine läufergespeiste Drehstrom-

IS kommutatormaschine (kompensierter oder unkompensierter Frequenzwandler). Diese kann selbst wieder von der Hauptwelle aus oder auch getrennt unter Einhaltung der Frequenzbedingungen angetrieben werden. Die Er-

äo regung dieser Maschine erfolgt wieder durch einen bekannten Erregerumformer synchroner Bauart. Während jedoch die gewöhnlichen Bauarten dieser Maschinen nur Mittel zur Erzeugung von zwei Spannungskomponenten

as besitzen, hat der Erregerumformer gemäß der Erfindung in seiner allgemeinsten Bauart Mittel zur Erzeugung von vier Spannungskomponenten, je einer Ohmschen und je einer induktiven Komponente, zur Regelung der Drehzahl und der Phase. Während jedoch die Wicklungsteile zur Erzeugung der Ohmschen Komponenten von einer konstanten Gleichspannung unter Vorschaltung von Ohmschen Regelwiderständen gespeist werden, befinden sich die Wicklungsteile zur Erzeugung der induktiven Komponenten unter dem Einfluß der Differenzspannung zwischen einer konstanten und einer mit der Drehzahl bzw. dem Schlupf der Hauptmaschine veränderlichen Spannung ebenfalls unter Vorschaltung von regelbaren Ohmschen Widerständen. In besonderen Fällen kann an Stelle der konstanten Gleichspannung auch eine mit dem Schlupf oder der Belastung irgendwie veränderliche Spannung treten. Es muß dann nur die Erregung der im nachstehenden gej nannten, mit Umdrehungsfrequenz angetriebenen Gleichstrommaschine dieser Spannung entsprechen. Bei genauem Synchronismus, wo ja die induktive Spannung an der Erregerwicklung der Hintermaschine Null ist, ist die an den genannten Wicklungsteilen liegende Spannung ebenfalls Null, während bei Abweichungen vom Synchronismus die Differenzspannung wirksam wird. Die konstante Spannung kann von einer mit dem

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hermann Har\ in Berlin-Siemenssladt,

S09278

Antriebsmotor des Erregerumformers gekuppelten und mit konstanter Drehzahl umlaufenden Gleichstrommaschine oder sonst einer konstanten Spannungsquelle geliefert werden, während die mit der Drehzahl veränderliche Spannung von einer mit der Hauptwelle gekuppelten Gleichstrommaschine geliefert wird. Man kann auch die Erregerwicklung des Erregerumformers statt in vier Teile nur in to zwei Teile, die räumlich aufeinander senkrecht stehen, unterteilen. Es würde dann zunächst nur die Drehzahl geregelt werden. Verstellt man jedoch die Erregung an der mit der Hauptwelle gekuppelten Gleichstrommaschine derart, daß sich bei Synchronismus die beiden Spannungen nicht ganz aufheben, so ergibt sich eine Komponente in Richtung der Phasenverbesserung. Auch Kompoundierung der Kaskade bei Belastungsstößen läßt sich erreichen, wenn man die Erregung der mit konstanter Drehzahl umlaufenden Gleichstrommaschine in Abhängigkeit, von der Belastung beeinflußt, da die Klemmenspannung dieser Maschine erfindungsgemäß die Eras regung der anderen Gleichstrommaschine bestimmt. An sich wäre es auch möglich, die Erregung beider Maschinen gemeinsam zu beeinflussen, wenn beide Maschinen fremd erregt sind.

Die folgenden Ausführungsbeispiele erläutern das Wesen der Erfindung näher.

In Abb. ι ist 1 eine an ein Drehstromnetz angeschlossene Asynchronmaschine, die in ihrer Drehzahl mit Hilfe der Kommutatorhintermaschine 2 geregelt wird. Diese ist in bekannter Weise mit Kompensationswicklung und Wendepolen versehen und im vorliegenden Fall mit der Hauptmaschine direkt gekuppelt. Die Erregung erfolgt im Ständer 4.0 durch die schlüpfungsfrei mit der Hauptwelle gekuppelte Drehstromerregermaschine 3, die in bekannter Weise mit Ständerkompensationswicklung ausgerüstet sein kann. Diese Maschine bekommt ihre Erregung über Schleifringe von der synchronen Drehfelderregermaschine 4 zugeführt, die von der Synchronmaschine 5 angetrieben wird. Eine gleichfalls von dieser angetriebene Gleichstrommaschine 6 liefert Gleichstrom konstanter Spannung auf die Sammelschienen 7 und 8. Die Drehfelderregermaschine 4 besitzt zwei Systeme von Erregerwicklungen. Jedes System besteht aus zwei Einzelwicklungen, deren Wicklungsachsen elektrisch um go° verschoben sind. Das eine System, bestehend aus den Wicklungen 9 und ι o, dient beispielsweise für die Drehzahlbeeinflussung, das andere, bestehend aus den Wicklungen 11 und 12, zur Beeinflussung der Blindleistung des Hauptmotors. Die Wicklungen 9 und 11 liegen in Parallelschaltung über regelbare Widerstände 13 bzw. '15 an der Sammelschiene 7, 8. Die Wicklungen 10 und 12 werden ebenfalls in Parallelschaltung über regelbare Widerstände 14 bzw. 16 von der Differenz zweier Spanmangen beeinflußt. Die eine dieser Spannungen ist die Spannung der Sammelschienen 7, 8, die andere wird von einer mit der Hauptmaschine gekuppelten Gleichstrommaschine 17 geliefert. Beide Spannungen wirken einander entgegen und heben sich bei gleicher Erregung und gleicher Drehzahl der beiden Gleichstrommaschinen 6 und 17 auf. Dies ist der Fall, wenn die Hauptmaschine genau synchron läuft. Da die Maschine 6 mit konstanter Drehzahl umläuft, kann die Klemmenspannung dieser Maschine zur Erregung der Maschine 17 benutzt werden.

Die Wirkungsweise der Anordnung soll zunächst an Hand der reinen Drehzahlregelung erläutert werden. Denkt man sich die Hauptmaschine im Synchronismus laufend, so ist die Läuferfrequenz und damit auch die Frequenz in der Erregerwicklung der Hintermaschine 2 Null. Es sind daher in diesem Stromkreis nur Ohmsche Widerstände zu überwinden. Ein durch die Wicklung 9 geschickter Strom würde daher, da er eine ihm proportionale Spannung konstanter Phasenlage an der Erregerwicklung zur Folge hat, auch einen ihm proportionalen Strom in der Erregerwicklung der Maschine 2 verursachen. Dadurch würde die Kommutatorspannung dieser Maschine ansteigen und eine drehzahlerhöhende bzw. -senkende Wirkung auf den Hauptmotor ausüben. Damit würde sieh aber die Frequenz im Erregerkreis sofort ändern; denn die unverändert gebliebene Klemmenspannung an der Erregerwicklung müßte jetzt auch noch den induktiven Widerstand überwinden, wodurch sich notgedrungen Größe und Phase des Erregerstromes und damit der Kommutator spannung ändern müßte. Denn diese ist als Rotationsspannung immer in Phase mit dem Erregerstrom und ihm proportional. Um dies zu verhindern, muß die an der Erregerwicklung der Maschine 2 angelegte Spannung eine Komponente erhalten, die jederzeit so groß ist, daß sie den induktiven Widerstand überwinden kann. Dies wird durch die bei der Abweichung vom Synchronismus auftretende Differenzspannung der beiden Maschinen 6 und 17 bewirkt, die einen entsprechenden Strom durch die Wicklung 10 treibt. Damit dieser Strom auch stets dem in der Wicklung 9 fließenden Strom richtig entspricht, muß der Widerstand 14 im Stromkreis der Wicklung 10 stets im gleichen Maß vermindert werden wie der Widerstand 13 im Stromkreis der Wicklung 9. Dies geschieht am zweckmäßigsten dadurch, daß man die beiden Regelkontakte mechanisch unterein-

ander kuppelt. Beim Durchgang durch den Synchronismus müssen Anfang und Ende der Wicklungen 9 und ι ο untereinander vertauscht werden.

In analoger Weise vollzieht sich die Beeinflussung der Blindleistung mit Hilfe der beiden Wicklungen 11 und 12, wobei die Regelkontakte der beiden Vorschaltwiderstände 15 und 16 ebenfalls miteinander gekuppelt sind. Man kann auch die beiden Widerstände 13 und 14 bzw. 15 und 16 in je einen Widerstand vereinigen.

Es ist ferner möglich, nur ein System von Wicklungen auf der Drehfelderregermaschine anzuordnen, beispielsweise das für Drehzahlregelung. Eine derartige Anordnung zeigt Abb. 2. Die Bedeutung der einzelnen Zahlen ist wieder die gleiche wie in Abb. 1. Ohne besondere Mittel könnte man mit dieser An-Ordnung nur die Drehzahl beeinflussen. Sieht man -aber im Erregerkreis der Maschine 17 einen Regulierwiderstand 18 vor, mit dessen Hilfe es möglich ist, das Feld dieser Maschine zu ändern, so wird dann die induktive Komponente an der Erregerwicklung nicht mehr ganz aufgehoben, so daß der Erregerstrom eine auf Blindleistung wirkende Phasenlage einnehmen kann. Bei Synchronismus macht sich das ebenfalls bemerkbar, weil dann die Wicklung 10 nicht stromlos ist, sondern phasenverbessernd wirkt. Es ist auch möglich, den Regler 18 von einem cos φ-Relais aus zu betätigen und den cos φ auf einem konstanten Wert zu halten.

Compoundierung läßt sich dadurch erreichen, daß man in den Erregerkreis der Maschine 6 einen Regelwiderstand 19 schaltet, der von einem Schnellregler oder einem ähnlich wirkenden Organ gesteuert wird. Damit ändern sich die Klemmenspannungen an 6 und 17 gleichzeitig und damit der Strom in den die Drehzahl bestimmenden Wicklungen 9 und ι o, während die Frequenzänderung durch die nach wie vor bestehende Differenzspannung zwischen 6 und 17 berücksichtigt wird. Ferner ist es noch möglich, die Erregung der beiden Maschinen 6 und 17 noch durch eine ebenfalls dem Schlupf proportionale Differenzspannung, die aus denvorhandenen oder zwei weiteren Maschinen entnommen werden kann, zu beeinflussen und dadurch die Leistungs- bzw. Drehzahlcharakteristik der Hauptmaschine in jeder gewünschten Weise zu verändern.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Erregung von ständergespeisten Hintermaschinen in Drehstromkaskaden, bei denen ein mit Netzfrequenz oder Umdrehungsfrequenz der Hauptmaschine gespeister Frequenzwandler die Ständerwicklung der Hintermaschine mit Schlupffrequenz speist, während er selbst von einer synchronen Drehfelderregermaschine gespeist wird, deren Gleichstromerregerwicklung aus zwei elektrisch um 90° versetzten Wicklungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Gleichstromwicklung von einer Gleichspannung, die andere Wicklung von yo zwei Gleichspannungen in Differenzschaltung erregt wird, von denen die eine von einer mit der Netzfrequenz, die andere von einer mit der Umdrehungsfrequenz der Hauptmaschine angetriebenen Gleichstrommaschine geliefert wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfelderregermaschine mit zwei weiteren, ebenfalls um 90" elektrisch gegeneinander verschobenen Wicklungen ausgerüstet ist, die jedoch so angeordnet sind, daß die Wicklungen, die von der gleichen Spannung gespeist werden, um 90⁰ elektrisch versetzt sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Erregerwicklungen der Drehfelderregermaschine regelbare Vorschaltwiderstände erhalten und die Regelkontakte der zu je zwei elekirisch um 90⁰ versetzten Wicklungen gehörenden Widerstände mechanisch miteinander gekuppelt sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusammengehörige Erregerwicklungen der Drehfelderregermaschine je einen gemeinsamen Regelwiderstand erhalten.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der mit Netzfrequenz angetriebenen und der mit Umdrehungsfrequenz der Hauptmaschine angetriebenen Gleichstrommaschine von einer fremden Stromquelle gespeist wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der mit Umdrehungsfrequenz angetriebenen Gleichstrommaschine von der mit Netzfrequenz angetriebenen Gleichstrommaschine geliefert wird.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Erregerkreis der mit Umdrehungsfrequenz angetriebenen Gleichstrommaschine Regelwiderstände eingeschaltet werden, die von Hand aus oder in Abhängigkeit von der Blindleistung der Hauptmaschine selbsttätig gesteuert werden.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der beiden Gleichstrommaschinen gemein-

   sam ζ. B. in Abhängigkeit von irgendwelchen Belastungsänderungen geändert wird, um dem Regelsatz jede gewünschte Charakteristik zu geben.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8., dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Erregerspannung dem Schlupf der Hauptmaschine proportional ist und entweder allein oder als Zusatzspannung auf die Erregung einwirkt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen