DE595953C - Anordnung zur Erregung von laeufererregten Kommutatorhintermaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 24. APRIL 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d² GRUPPE 27oi

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Januar 1933 ab

Für die Drehzahlregelung und Phasenkompensierung von Asynchronmaschinen schaltet man in deren Sekundärstromkreis Kommutatorhintermaschinen ein, die' im Läufer über Schleifringe mit Netzfrequenz oder annähernder Netzfrequenz erregt werden. Um mit einer derartigen Anordnung sowohl die Leerlaufsdrehzahl der Asynchronmaschine einstellen zu können als auch eine Kompoundierung (einstellbarer Drehzahlabfall mit steigender Belastung) zu erzielen, könnte man die Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine einerseits von einem in den Primärstromkreis eingeschalteten Kompoundtransformator aus speisen, anderseits in Hintereinanderschaltung von einem an die Netzspannung angeschlossenen regelbaren Transformator. Um eine gegenseitige Unabhängigkeit zwischen Kompoundierungs- und Leerlaufsdrehzahlregelung zu erzielen, muß man dabei aber den Kompoundtransformator als Stromspannungstrans'formator ausführen, wobei er mit großem Magnetisierungsstrom arbeitet derart, daß der Sekundärstrom auf die Größe des Primärstromes praktisch keinen Einfluß mehr hat. Der Transformator wird daher sehr groß und teuer und stellt eine Sonderkonstruktion dar. Um diese Nachteile zu vermeiden sowie überhaupt um die Regelapparatur zu verkleinern, kann man die Kornmutatorhintermaschine über einen Erregerumformer erregen, der als Synchronmaschine ausgebildet ist und mit Gleichstrom erregt wird. Den Erregerstrom dieses Erregerumformers liefert dabei eine Erregermaschine, die als Danielson-Umformer (Einankerumformer) ausgeführt ist und mit einer die richtige Drehzahl vorschreibenden synchronen Belastungsmaschine gekuppelt ist. Die Schleifringe dieser Erregermaschine könnten dann in ähnlicher Weise wie die Schleifringe der Kommutatorhintermaschine selbst von einem Kompoundtransformator und von einem die Leerlaufsdrehzahl vorschreibenden Transformator gespeist werden, wobei die zuzuführende Erregerleistung bereits derart klein ist, daß sich auch für den Kompoundtransformator wirtschaftliche Größen ergeben. Diese Schaltung hat aber den Nachteil, daß der Danielson-Umformer nur bei einem bestimmten cos φ, ζ. B. bei cos φ = ι, der Asynchronmaschine richtig wirkt. In diesem Falle wird der den Schleifringen des Danielson-Umformers zugeführte Strom in voller

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Jaroslav Kosisek in Berlin-Charloitenburg und Dipl.-Ing. Hermann Harz in Berlin-Siemensstadt.

Größe von den in Durchmesserstellung befindlichen Kommutatorbürsten abgenommen und der Erregerwicklung des Erregerumformers zugeführt. Ändert aber der Schleifringstrom seine Vektorlage, so kann der Strom auf der Gleichstromseite nicht ebenfalls seine Vektorlage ändern, weil sich hier nur zwei Bürsten in Durchmesserstellung befinden.

Die vorliegende Erfindung, die sich auf eine ίο Anordnung zur Erregung von läufererregten Kommutatorhintermaschinen mit Hilfe eines Erregerumformers und einer Erregermaschine für diese bezieht, vermeidet diesen Nachteil. Die Erregermaschine wird dabei von einem iS Kompoundtransformator im Primärkreis der Asynchronmaschine gespeist. Erfindungsgemäß besitzt der Erregerumformer mehrere nach Art einer Mehrphasenwicklung verteilt angeordnete Erregerwicklungen, die an mehrere ebenfalls mehrphasig verteilt angeordnete Bürsten am Kommutator der Erregermaschine angeschlossen sind, so daß eine Änderung der Phasenlage des Stromes im Kompoundtransformator sich auf die Phasenlage des entsprechenden Erregerstromes an der Kommutatorhintermaschine genau überträgt. Der Erregerumformer und seine Erregermaschine können dabei entweder synchron oder asynchron arbeiten, so daß die Erregermaschine entweder Gleichstrom oder niederfrequenten Wechselstrom dem Erregerumförmer zuführt. Der Erregermaschine wieder kann außer dem Strom des Kompoundtransformators noch ein die Leerlaufdrehzahl oder den cos φ vorschreibender Erregerstrom in Parallelschaltung zugeführt werden, so daß im Erregerumformer ein der geometrischen Summe dieser Ströme nach Größe und Phase entsprechendes Feld entsteht. Einige Ausführungsbeispiele sollen den Erfindungsgedanken näher erläutern. In Abb. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für einen synchronen Erregerumformer dargestellt. Es bezeichnet 1 eine Asynchronmaschine, die ⁴S durch die läuferregte, fest gekuppelte Kommutatorhintermaschine 2 nach Drehzahl und Phase geregelt werden soll. Diese wird über Schleifringe mit Netzfrequenz durch den Erregerumformer 3 erregt, dessen Ständer zwei um 90 ° elektrisch gegeneinander versetzte Erregerwicklungen besitzt. Er wird durch den Synchronmotor 4 angetrieben und durch den Einankerumformer 5 erregt. Dieser besitzt am Kommutator zwei ebenfalls um 90 ° elektrisch versetzte Bürstenträger, von denen jeder an eine Erregerwicklung des Erregerumformers angeschlossen ist. Die Schleifringe des Einankerumformers werden von der Sekundärwicklung des Stromtransformators 6 gespeist, dessen mit Anzapfungen versehener Primärwicklung drei Ströme zugeführt werden: Einmal über den Kompoundtransformator 7 der Strom der Hauptmaschine zur Erzielung eines Drehzahlabfalls bei Belastung, ferner der Strom der Drosselspule 8 (zweckmäßig über einen Isoliertransformator 9) zur Einstellung der Leerlaufdrehzahl und schließlich durch den Transformator 10 ein dagegen um 90⁰ versetzter Strom zur Regelung des Leistungsfaktors. Die Primärwicklung dieses Transformators wird ebenfalls vom Strom der Drosselspule durchflossen und ist mit der des Transformators 6 in Reihe geschaltet. Jeder der drei Ströme kann durch Stufenschalter geregelt werden. Natürlich könnte man auch die Sekundärwicklungen der drei Transformatoren in Parallelschaltung die Schleifringe des Einankerumformers 5 speisen lassen. Die Anordnung wirkt nun folgenderweise: Durch den Kompoundtransformator 7 wird ein dem Primärstrom der Hauptmaschine nach Größe und Phase entsprechender Strom den Schleifringen des Einankerumformers zugeleitet, der am Kommutator als Gleichstrom austritt und den Erregerwicklungen des Erregerumformers zufließt. Ist er primär reiner Wirkstrom, so erhält nur die eine Wicklung Strom und die Hauptmaschine wird im Sinne einer Drehzahlabnahme, d. h. im Sinne einer Verminderung der aufgenommenen Wirkleistung beeinflußt. Wäre der Primärstrom reiner Blindstrom, so würde nur die andere Erregerwicklung Strom erhalten und die Hauptmaschine würde nunmehr im Sinne einer Verminderung der aufgenommenen Blindleistung beeinflußt werden. Die Hauptmaschine wird also durch die im Primärstrom enthaltene nacheilende Blindkomponente im Sinne einer Verbesserung des Leistungsfaktors beeinflußt. Drehzahl- und cos φ-Erregerstrom überlagern sich dem Kompounderregerstrom und ermöglichen es, Drehzahl und cos ψ auch im Leerlauf einzustellen. Änderungen des Kompounderregerstromes haben auf Größe und Phase dieser beiden Ströme keinen Einfluß, denn die dadurch verursachten Spannungsänderungen (nach Größe und Phase) übertragen sich entsprechend der Stellung der Stufenschalter auf die Primärseite der beiden Transformatoren 6 und 10. Beide Spannungen addieren sich hier geometrisch, doch ist ihre Summe hier klein gegenüber der Spannung an der Drosselspule, so daß der Drosselstrom praktisch nach Größe und Phase konstant bleib^;" Die Erregertransformatoren 6, 7 'und 10 werden sehr klein, weil sie nur die Erregerleistung des Erregerumformers zu liefern brauchen.

An der Wirkungsweise ändert sich nichts, wenn man den Antriebsmotor 4 nicht synchron, sondern asynchron ausführt, wie es

Abb. 2 zeigt, ι, 2, 6 bis io bedeuten wieder dasselbe wie in Abb. ι. 11 stellt jedoch nun einen asynchronen Erregerumformer dar, der durch den Frequenzwandler bzw. Drehstromerregermaschine 12 im Läufer erregt wird. Er kann dadurch als normale asynchrone Blindleistungsmaschine ausgeführt werden. Beide Maschinen, die schlüpfungsfrei gekuppelt sind, werden ,durch einen Asynchron- >° motor 13 angetrieben. Bei einem solchen asynchronen Erregerumformer ist Größe und Vektorlage der Ständerspannung durch Größe und Vektorlage des den Schleifringen des Frequenzwandlers aufgedrückten Erregerstromes bestimmt. Der Schlupf im Läuferkreis des Erregerumformers ist durch den natürlichen Schlupf des Antriebsmotors ,13 bestimmt und von dem Schlupf der Hauptmaschine unabhängig. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß man normale Maschinen für den Erregerumformer und den Frequenzwandler verwenden kann. Statt des unkompensierten Frequenzwandlers kann man auch einen kompensierten (Drehstromerregermaschine) verwenden. Kuppelt man die Hihtermaschine 2 mit dem Motor 13 und den Erregerumformer 11 mit der Hauptmaschine unter Beibehaltung der elektrischen Schaltung, so erhält man den elektrisch gekuppelten Regelsatz, ebenso bei der Anordnung nach Abb. 1, wenn man 3 und 2 vertauscht.

Bei den Anordnungen nach Abb. 1 und 2 hat man noch keine Gewähr dafür, daß der den Schleifringen der Hintermaschine zufließende Strom größenproportional und phasengleich dem den Schleifringen des Danielson-Umformers bzw. Frequenzwandlers zugeführten Strom folgt.

Durch den eigenen Erregerstrom des Erregerumformers und seiner Erregermaschine sowie durch deren Verluste und sonstige Ne- ^ beneinflüsse können beide Ströme in der Phase und Größe etwas voneinander abweichen. Man kann diesen Fehler durch eine Stromvergleichsschaltung, wie in Abb. 3 angedeutet, vermeiden. Soweit die beigeschriebenen Zahlen dieselben sind, haben sie die gleiche Bedeutung wie in Abb. 2. Neu hinzugekommen ist der Stromtransformator 14, der primär vom Ständerstrom des Erregerumformers 11 durchflossen wird und sekundär mit der Sekundärwicklung von 6 parallel geschaltet ist. Er ist jedoch so geschaltet, daß der von ihm auf die Schleifringe von 12 gelieferte Strom und der von 6 gelieferte im Frequenzwandler entgegenwirken. Der Frequenzwandler wird zweckmäßig kompensiert ausgeführt, so daß seinen Schleifringen nur noch der Erregerstrom zugeführt werden muß. Durch einen parallel geschalteten Kondensator 15 kann man diesen so klein als möglich halten. Man kann diesen Kondensator auch bei den Schaltungen nach Abb. 1 und 2 anwenden. Entspricht der Ständerstrom von 11 dem Sollwert, so hebt er den von 6 gelief er ten Strom ganz oder nahezu ganz auf. Weicht er dagegen vom Sollwert ab, so wirkt der von 6 gelieferte Strom zusätzlich erregend auf 12, wodurch der Sollwert wieder hergestellt wird. Man erreicht auf diese Weise, daß der Primärstrom von 11 genau phasengleich und größenproportional mit dem über 6 gelieferten Strom ist, die Anordnung wirkt also genau so, als wenn die Transformatoren 6, 7 und 10 die Schleifringe von 2 unmittelbar speisen würden, wobei sie jedoch nur für sehr kleine Leistungen zu bemessen sind, weil der Erregerumformer als Verstärkungsglied dient. Der Erregerumformer kann dabei synchron oder asynchron sein.

Will man die Wirkleistung bzw- die Blindleistung mittels des Drehzahltransformators 6 bzw. mittels des cos φ Transformators 10 konstant halten oder sie nach einem bestimmten Gesetz sich ändern lassen, so kann man den Kompoundtransformator trotzdem beibehalten. Er dient dann dazu, die erstgenannten Transformatoren und namentlich deren Regelorgane zu entlasten, da sie dann nur noch die Differenzerregerleistung zu steuern brauchen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Erregung von läufererregten Kommutatorhintermaschinen, die insbesondere sowohl für die Regelung der Leerlau'fsdrehzahl als auch zur Kompoundierung von asynchronen Hauptmaschinen dienen, mit Hilfe eines Erregerumformers, der unter Zwischenschaltung einer Erregermaschine von einem im Primärstromkreis der Asynchronmaschine eingeschalteten Kompoundtransformator erregt ist, dadurch gekennzeichnet, daß, der Erregerumformer mehrere nach Art einer Mehrphasenwicklung verteilt angeordnete Erregerwicklungen besitzt, die an mehrere, ebenfalls mehrphasig verteilt angeordnete Bürsten am Kommutator der Erregermaschine angeschlossen sind, so daß eine Änderung der Phasenlage des Stromes im Kompoundtransformator sich auf die Phasenlage des entsprechenden Erregerstromes an der Kommutatorhintermaschine überträgt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Erregerumformer über die Schleifringe seiner Erregermaschine in Parallelschaltung und zweckmäßig über primär regelbare Transformatoren außer dem Strom des Kornpoundtransformators noch Ströme zur

   Einstellung der Leerlaufsdrehzahl und das Leistungsfaktors zugeleitet sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mit der Hauptmaschine mechanisch gekuppelten Hintermaschine der Strom des Erregerumformers durch einen besonderen Stromtransformator (14 in Abb. 3) mit dem den Schleifringen der Erregermaschine zugeführten Strom verglichen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen