DE569162C - Arrangement for canceling the self-induced voltage in slip frequency-guiding excitation windings of commutator rear machines, which are used for speed control of asynchronous machines - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 30. JANUAR 1933ISSUED ON JANUARY 30, 1933

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21 d ² GRUPPE 27CLASS 21 d ² GROUP 27

Asynchronmaschinen dienenAsynchronous machines are used

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. März 1931 abPatented in the German Empire on March 19, 1931

Bei Asynchronmaschinen, in deren Sekundärstromkreis für die Drehzahlregelung eine Kommutatorhintermaschine eingeschaltet ist, die im Ständer eine mit Schlupffrequenz arbeitende Erregerwicklung besitzt, besteht bekanntlich die Schwierigkeit, daß der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine bei der Regelung der Drehzahl zwei aufeinander senkrecht stehende Spannungen zugeführt werden müssen, von denen die eine proportional dem Schlupf anwächst, während die zweite die Selbstinduktionsspannung in der Erregerwicklung aufhebende Spannung proportional dem Quadrat desSchlupfes anwachsen muß. Die Herstellung und Regelung dieser beiden Erregerspannungen bietet Schwierigkeiten, wenn man nicht zu allzu umständlichen Anordnungen greifen will.In the case of asynchronous machines, in the secondary circuit of which there is a commutator rear machine for speed control is switched on, which has an excitation winding working with slip frequency in the stator, is known to exist Difficulty that the excitation winding of the commutator rear machine in regulating the Speed, two mutually perpendicular voltages must be fed from one of which increases proportionally to the slip, while the second eliminates the self-induction voltage in the excitation winding Voltage must increase proportionally to the square of the slip. The manufacture and regulation These two excitation voltages offer difficulties if you don't look too cumbersome Orders want to take effect.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, mit der auf verhältnismäßig einfächern Wege die proportional dem Quadrat des Schlupfes anwachsende und die Selbstinduktionsspannung der Erregerwicklung aufhebende Spannung erzeugt wird. Erfindungsgemäß ist in- den schlupffrequenzführenden Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine eine Hilfskommutatormaschine eingeschaltet, deren Erregerwicklung von dem Erregerstrom der Kommutatorhintermaschine über einen zweckmäßig regelbaren Stromtransformator gespeist wird.The present invention relates to an arrangement with which on relatively simple Paths the increasing proportional to the square of the slip and the self-induced voltage the excitation winding canceling voltage is generated. According to the invention, is in the excitation circuit carrying the slip frequency an auxiliary commutator machine is switched on for the rear commutator machine, their excitation winding from the excitation current of the commutator rear machine via a expediently controllable current transformer is fed.

Zwar ist es bekannt, mittels einer Kommutatorhintermaschine und eines Transformators die Selbstinduktionsspannung in der Erregerwicklung einer derartigen Kommutatorhintermaschine aufzuheben. Indessen unterscheidet sich der Transformator der bekannten Anordnung von dem der vorliegenden Erfindung grundlegend insofern, als er als sogenannter Stromspannungstransformator ausgebildet ist, der mit einem großen Magnetisierungsstrom arbeitet.Although it is known by means of a commutator back machine and a transformer the self-induced voltage in the excitation winding of such a commutator rear machine to cancel. Meanwhile, the transformer of the known arrangement differs of that of the present invention fundamentally in that it is designed as a so-called voltage transformer, that works with a large magnetizing current.

Gemäß der Erfindung ist der verwendete Transformator als nicht rückwirkungsloserTransformator bzw. als Stromtransformator ausgebildet. Während bei der bekannten Einrichtung die Sekundärspannung des Transformators maßgebend ist und diese dem Strom und dem Schlupf proportional ist, ist bei der Erfindung nur der Sekundärstrom maßgebend, und dieser ist nur dem Primärstrom proportional. Der Vorteil dieser Einrichtung besteht hauptsächlich in einer ganz erheblichen Verkleinerung des Transformators. Dies ist deshalb von großer Bedeutung, da der Transformator an sich schonAccording to the invention, the transformer used is a non-reactive transformer or designed as a current transformer. While in the known device, the secondary voltage of the transformer is decisive is and this is proportional to the current and the slip, is only that in the invention Secondary current is decisive, and this is only proportional to the primary current. The advantage this facility consists mainly in a very substantial downsizing of the transformer. This is of great importance because the transformer itself is

") Von dem Patentsueher ist als der Erfinder angegeben worden:") The following has been specified as the inventor by the patentee:

Dipl.-I ng. Hermann liars in Berlin-Siemens Stadt.Dipl.-Ing. Hermann liars in Berlin-Siemens City.

mit Schlupffrequenz arbeitet und dementsprechend trotz verhältnismäßig geringer Leistung groß ausfällt.works with slip frequency and accordingly despite relatively low power turns out big.

Die Hilfskommutatormaschine besitzt also Reihenschlußverhalten. Sie entwickelt daher • eine Spannung, die dem Erregerstrom an der Kommutatorhintermaschine proportional ist. Diese Spannung ist zweckmäßig derart eingestellt, daß sie gegenüber der Selbstinduktionsxo spannung in der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine um i8o° in der Phase verschoben ist und diese Spannung ganz oder teilweise aufhebt. Die Spannung der Hilfskommutatormaschine wächst zunächst nur proportional dem Strom in der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine an. Durch Regelung an dem Stromtransformator kann man aber auch eine Abhängigkeit dieser Spannung von der Schlupffrequenz herstellen, so daß die Spannung der Hilfskommutatormaschine die Selbstinduktionsspannung der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine stets genau aufhebt. Indessen bietet auch eine Anordnung, bei der der Stromtransformator nicht regelbar ist, wesentliche Vorteile, da man mit der Dimensionierung der Erregerwicklung an der Hilfskommutatormaschine dann von den Strom- und Spannungsverhältnissen im Läufer der Maschine unabhängig ist. Die Anordnung nach der Erfindung erweist sich ferner dann als vorteilhaft, wenn die schlupffrequenzführende Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine über einen Frequenzwandler vom Netz gespeist wird, wobei zwischen dem Frequenzwandler und dem Netz außer dem etwa noch vorhandenen Regeltransformator noch eine Drosselspule von derartiger Größe geschaltet ist, daß diese Drosselspule den Strom vor undhinter dem Frequenzwandler vorschreibt. Die Drosselspule hat dabei bekanntlich ebenfalls den Zweck, den Einfluß der mit dem Quadrat des Schlupfes anwachsenden Selbstinduktionsspannung in der Erregerwicklung auf die Größe und die Phase des Erregerstromes zu beseitigen. Dementsprechend ist diese Drosselspule und der Frequenzwandler bei der bisherigen Anordnung verhältnismäßig groß. Verwendet man sie dagegen in Verbindung mit der Anordnung nach der Erfindung, so sinkt ihre Größe auf einen geringen Bruchteil, da sie nunmehr im wesentlichen nur noch zur Stabilisierung der durch die Hilfskommutatormaschine bedingten Strom- und Spannungsverhältnisse dient. Die Drosselspule und der Frequenzwandler übernehmen nunmehr nur noch die Restspannungen. In der Zeichnung ist die neue Anordnung an einem Beispiel veranschaulicht. 1 ist eine Asynchronmaschine, für deren Drehzahlregelung die Kommutatorhintermaschine 2 vorgesehen ist. Die Kommutatorhintermaschine besitzt im Ständer eine Kompensationswicklung 12 und eine Erregerwicklung 13. Die Erregerwicklung wird über den umkompensierten Frequenzwandler 3 und über die Transformatoren 4, 5 und 6 und die Drosselspule 7 vom Netz gespeist. Die Transformatoren 4 bis 6 sind Stromtransformatoren, wobei der Transformator 6 hauptsächlich Isolierzwecken dient, um die Hochspannung des Netzes von dem Frequenzwandler 3 und von den Regeltransformatoren 4 und 5 fernzuhalten. Die Primärwicklungen der Transformatoren 4 und 5 sind in Reihe geschaltet und werden von dem Sekundärstrom des Transformators 6 durchflossen. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren 4 und 5 speisen in Parallelschaltung die Schleifringe des Frequenzwandlers 3. Die Sekundärströme der beiden Transformatoren 4 und 5 besitzen dabei infolge der entsprechenden Schaltung ihrer Sekundärwicklungen eine a,o°/₀ige Phasenverschiebung. Der Transformator 4 wirkt dabei über die Kommutatorhintermaschine auf die Drehzahl der Asynchronvordermaschine ein, der Transformator 5 dagegen auf ihre Phasenkompensierung. Zur Verkleinerung der Drosselspule 7 und des Frequenzwandlers ist nun in den Stromkreis der Erregerwicklung 13 noch eine Hilfskommutatormaschine 10 eingeschaltet, die im Ständer außer einer Kompensationswicklung noch eine Erregerwicklung 14 aufweist. Diese Erregerwicklung wird von einem Stromtransformator 11 gespeist, dessen Primärwicklung mit der Wicklung 13 in Reihe geschaltet ist. Die Phasenlage des Erregerstromes in der Wicklung 14 ist infolge entsprechender Schaltung am Transformator 11 derart eingestellt, daß die in- der Maschine 10 entwickelte Spannung gegenüber der Selbstinduktionsspannung in der Wicklung 13 um 180 ° in der Phase verschoben ist. Die Primärwicklung des Stromtransformators 11 ist mit Hilfe von Anzapfungen regelbar ausgebildet. Der auf den Anzapfungen gleitende Kontakt ist mit dem entsprechenden Kontakt an dem für die Drehzahlregelung dienenden Transformator 4 mechanisch gekuppelt. Dies ist durch eine strichlierte Verbindung zwischen den Regelkontakten von 4 und 11 angedeutet. Nachdem der Kontakt am Transformator 4 proportional der Drehzahländerung an der Maschine 1, also proportional dem Schlupf verstellt wird, so entwickelt infolge der entsprechenden Verstellung am Transformator 11 die Maschine 10 eine etwa quadratisch mit dem Schlupf anwachsende Spannung, die also geeignet ist, die Selbstinduktionsspannung in n₅ der Wicklung 13 bei jedem Schlupf genau oder annähernd genau aufzuheben. Ebenso wie am Stromtransformator 4 hat auch am Transformator 11 die regelbare Primärwicklung einen in der Mitte liegenden Nullpunkt, so daß man durch Verschieben des Regelkontaktes über diesen Nullpunkt hinaus sehr einfach die Phasen-The auxiliary commutator machine thus has series connection behavior. It therefore develops • a voltage that is proportional to the excitation current at the commutator rear machine. This voltage is expediently set in such a way that it is shifted in phase by 180 ° with respect to the self-induction voltage in the excitation winding of the commutator rear machine and this voltage cancels this voltage in whole or in part. The voltage of the auxiliary commutator machine initially only increases proportionally to the current in the excitation winding of the commutator rear machine. By regulating the current transformer, however, one can also produce a dependence of this voltage on the slip frequency, so that the voltage of the auxiliary commutator machine always exactly cancels the self-induced voltage of the excitation winding of the commutator rear machine. However, an arrangement in which the current transformer cannot be regulated also offers significant advantages, since the dimensioning of the excitation winding on the auxiliary commutator machine is then independent of the current and voltage conditions in the rotor of the machine. The arrangement according to the invention also proves to be advantageous when the slip-frequency-carrying excitation winding of the commutator rear machine is fed from the network via a frequency converter, with a choke coil of such a size being connected between the frequency converter and the network in addition to the regulating transformer that may still be present Choke coil prescribes the current in front of and behind the frequency converter. As is well known, the choke coil also has the purpose of eliminating the influence of the self-induction voltage in the excitation winding, which increases with the square of the slip, on the magnitude and phase of the excitation current. Accordingly, this choke coil and the frequency converter are relatively large in the previous arrangement. If, on the other hand, it is used in connection with the arrangement according to the invention, its size drops to a small fraction, since it now essentially only serves to stabilize the current and voltage conditions caused by the auxiliary commutator machine. The choke coil and the frequency converter now only take over the residual voltages. The drawing illustrates the new arrangement using an example. 1 is an asynchronous machine, for whose speed regulation the commutator rear machine 2 is provided. The commutator rear machine has a compensation winding 12 and an excitation winding 13 in the stator. The excitation winding is fed from the network via the uncompensated frequency converter 3 and via the transformers 4, 5 and 6 and the choke coil 7. The transformers 4 to 6 are current transformers, the transformer 6 mainly being used for insulation purposes in order to keep the high voltage of the network away from the frequency converter 3 and from the regulating transformers 4 and 5. The primary windings of the transformers 4 and 5 are connected in series and the secondary current of the transformer 6 flows through them. The secondary windings of the transformers 4 and 5 feed the slip rings of the frequency converter 3 in parallel. The secondary currents of the two transformers 4 and 5 have an a, o ° / ₀ phase shift due to the corresponding switching of their secondary windings. The transformer 4 acts via the commutator rear machine on the speed of the asynchronous front machine, while the transformer 5 acts on its phase compensation. In order to reduce the size of the choke coil 7 and the frequency converter, an auxiliary commutator machine 10 is now switched on in the circuit of the excitation winding 13 and has an excitation winding 14 in the stator in addition to a compensation winding. This excitation winding is fed by a current transformer 11, the primary winding of which is connected in series with the winding 13. The phase position of the excitation current in the winding 14 is set as a result of corresponding switching on the transformer 11 such that the voltage developed in the machine 10 is shifted in phase by 180 ° with respect to the self-induced voltage in the winding 13. The primary winding of the current transformer 11 is designed to be controllable with the aid of taps. The contact sliding on the taps is mechanically coupled to the corresponding contact on the transformer 4 used for speed control. This is indicated by a dashed connection between the control contacts of FIGS. 4 and 11. After the contact on transformer 4 is adjusted proportionally to the change in speed on machine 1, i.e. proportionally to the slip, as a result of the corresponding adjustment on transformer 11, machine 10 develops an approximately quadratically increasing voltage with the slip, which is therefore suitable for the self-induced voltage in n _{5 of} the winding 13 can be canceled exactly or approximately exactly with each slip. Just as on the current transformer 4, the controllable primary winding on the transformer 11 also has a zero point in the middle, so that the phase-

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lage des geregelten Stromes umkehren kann. Bei der Regelung der Drehzahl der Maschine ι von einem übersynchronen Wert auf einen untersynchronen oder umgekehrt braucht also sowohl am Transformator 4 als auch an der Maschine 10 bzw. am Transformator 11 keine Umschaltung vorgenommen zu werden. Der Haupterregerkreis wird bei dieser Schaltung nicht unterbrochen, so daß der Regelsatz auch im Synchronismus seine Steuerung behält. Außerdem besteht keine Gefahr, daß er im Synchronismus hängenbleibt, weil kein Transformator den Läufer der Hauptmaschine 1 kurzschließt.position of the regulated current can reverse. When regulating the speed of the machine ι from an oversynchronous value to an undersynchronous value or vice versa neither on the transformer 4 nor on the machine 10 or on the transformer 11 Switching to be made. The main excitation circuit is in this circuit not interrupted, so that the rule set retains its control even in synchronism. In addition, there is no risk of it getting stuck in synchronism because there is no transformer short-circuits the rotor of the main machine 1.

Selbstverständlich kann man die Anordnung nach der Erfindung auch dann anwenden, wenn die schlupffrequenzführende Erregerwicklung, deren Selbstinduktionsspannung durch die Hilfskommutatormaschine ausgeglichen werden soll,Of course, the arrangement according to the invention can also be used if the excitation winding carrying the slip frequency, its self-induction voltage through the auxiliary commutator machine should be balanced,

ao sich nicht auf einer in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine eingeschalteten Kommutatorhintermaschine befindet, sondern auf einer Kommutatormaschine, die für die Erregung einer unmittelbar eingeschalteten Hintermaschine dient.ao not on a commutator rear machine connected to the secondary circuit of the asynchronous machine is located, but on a commutator machine, which is responsible for the excitation of an immediately switched on rear machine serves.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: i. Anordnung zur Aufhebung der Selbst-Induktionsspannung in schlupffrequenzführenden Erregerwicklungen von Kommutatorhintermaschinen, die zur Drehzahlregelung von Asynchronmaschinen dienen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis der Erregerwicklung eine Hilfskommutator- !maschine eingeschaltet ist, deren Erregerwicklung von dem Erregerstrom derKommuj tatorhintermaschine über einen zweckmäßig regelbaren, nicht rückwirkungslosen Stromtransformator gespeist wird.i. Arrangement for canceling the self-induced voltage in the excitation windings of commutator rear machines that carry the slip frequency and are used for speed control of asynchronous machines, characterized in that in the circuit of the Excitation winding an auxiliary commutator! Machine is switched on, the excitation winding from the excitation current of the commutator rear machine via an expedient controllable, non-reactive current transformer is fed. 2. Verfahren zur Regelung der Hilfskommutatormaschine des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame primäre Windungszahl des Stromtransformators proportional der Schlupffrequenz der asynchronen Vordermaschine geändert wird.2. Method for controlling the auxiliary commutator machine of claim 1, characterized in that the effective primary number of turns of the current transformer changed proportionally to the slip frequency of the asynchronous front machine will. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die regelbare Primärwicklung des Stromtransformators einen in der Mitte der Wicklung liegenden Nullpunkt besitzt.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the controllable primary winding of the current transformer has a zero point in the middle of the winding. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung am Stromtransformator mit der Regeleinrichtung an dem den Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine über einen Frequenzwandler speisenden Transformator gekuppelt ist.4. Arrangement according to claim 2, characterized in that the control device on the current transformer with the control device on which the excitation circuit of the commutator rear machine via a Frequency converter feeding transformer is coupled. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstromkreis, in den die Hilfskommutatormaschine eingeschaltet ist, vom Netz über eine Netzfrequenz führende Drosselspule und über einen umkompensierten Kommutatorfrequenzwandler gespeist wird.5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the excitation circuit, in which the auxiliary commutator machine is switched on, from the network via a network frequency leading inductor and is fed via an uncompensated commutator frequency converter. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings