DE630535C

DE630535C - Beeinflussung und Regelung der Sekundaerbetriebsgroessen von Frequenzumformern

Info

Publication number: DE630535C
Application number: DER93041D
Authority: DE
Original assignee: RUDOLF RICHTER DR ING
Current assignee: RUDOLF RICHTER DR ING
Priority date: 1933-03-09
Filing date: 1933-03-09
Publication date: 1936-05-29

Description

Gegenstand dieser Erfindung ist die Beeinflussung und Regelung der Sekundärbetriebsgrößen von umlaufenden Einankerfrequenzumformern. Solche Frequenzumformer bestehen gewöhnlich aus einem Läufer und aus einem Ständer mit zwei verschiedenpoligen Wicklungen (wie im Patent 599 509 angegeben). Die Wirkungsweise beruht auf einer mechanischen Umwandlung der zur Verfügung stehenden Leistung und gleichzeitig Rückwandlung derselben in elektrische Leistung anderer Frequenz vermittels Induktion von Spannungen in der feststehenden Sekundärwicklung.

Ihre sekundären Betriebsgrößen sind stark veränderlich, sollen aber, je nach dem Verwendungszweck, eine gewisse Labilität oder Stabilität aufweisen.

Für das wichtige Gebiet der Lichtbogenschweißung wird im allgemeinen ein abfallender Kurzschlußstromkennlinienverlauf verlangt, für die nicht minder wichtige Drehzahlregelung von elektrischen Antrieben ist eine gewisse Stabilität der Sekundärspannung von Vorteil.

Diese Stabilität kann durch eine Hilfsmagnetisierung erreicht werden, insofern die Belastung des Sekundärkreises kapazitiv wirkt. Wird beispielsweise ein Motor gespeist, welcher übererregt ist, z. B. als Synchronmotor oder synchronisierter Asynchronmotor, so wird die Induktivität des Frequenzumformers stark verringert, die Spannung verhält sich steifer, was eben der zusätzlichen kapazitiven Wirkung zuzuschreiben ist.

Fehlen sonstige kapazitive Einflüsse, so werden vorteilhaft Kondensatoren verwendet. Je nach dem besonderen Zweck kann dabei der Kondensator in Reihe mit der Sekundär-Wicklung oder parallel zu ihr geschaltet werden. In Parallelschaltung läßt sich die Spannung bei Leerlauf erhöhen. Bei der Reihenschaltung wird durch die Kapazität des Kondensators der induktive Spannungsverlust in der Sekundärwicklung des Umformers zum Teil ausgeglichen, der Kurzschlußstrom also vergrößert.

Bild ia gibt die Schaltung für die Erhöhung der Spannung, ib für denselben Fall bei Herab-Setzung der Kapazität K mittels eines Zwischentransformators T. In beiden Bildern bedeutet 5" die Sekundärwicklung des Umformers. Ein besonderer Transformator zur Speisung des Kondensators kann entbehrt werden, wenn eine Tertiär wicklung in den Ständer des Umformers gewickelt wird, die den Kondensator speist. Diese Wicklung kann entweder in denselben Nuten wie die Primärwicklung oder wie die Sekundärwicklung oder in getrennten Nuten angeordnet werden. Als Tertiärwicklung kann auch eine Wicklung Anwendung finden, die zum Anlassen des Umformers der Primärwicklung

vorübergehend vorgeschaltet wird. So kann z. B. bei Umformern, deren Primärwicklung für Dreiphasenstrom bestimmt ist, der Kondensator in die in Dreieck geschaltete Anla|% wicklung eingefügt werden. Die Anlaßwi^ <; lung ist für den erstrebten Zweck besondti^g geeignet, weil sie eine verhältnismäßig hohe Windungszahl hat.

Eine Regelung des Sekundärstromes kann to bei Verwendung von Kondensatoren auch durch Ab- und Zuschalten von Kondensatorzellen oder von Windungen des den Kondensator speisenden Transformators, beispielsweise der Sekundärwicklung des Transformators T in Bild 2, erfolgen.

Nach der besonderen Schaltung Bild 3 kann derselbe Kondensator if sowohl zur Spannungserhöhung bei Leerlauf als auch zur Vergrößerung des Sekundärstromes dienen. Bei Leerlauf ist die Wicklung s₂ stromlos; die Wicklung J₃ ist mit der Wicklung S₁ durch den Fluß im Eisenkreis E verkettet; die Schaltung wirkt wie die im Bild 1 b als Hilfsmagnetisierung.

Bei Belastung wird auch die Wicklung S₂ vom Strom durchflossen. Der von dieser Wicklung erregte Fluß kann sich zwischen den Hauptkernen, z. B. durch den mittleren Kern M, schließen, so -daß eine Wirkung ähnlich wie in Abb. 2 zustande kommt.

Schließlich können dieselben Kondensatoren auch noch zur Verbesserung des primären Leistungsfaktors herangezogen werden, wie es z. B. durch Bild 4 für einen Umformer, der auf dreifache Frequenz umformt,- veranschaulicht ist. P ist die Primärwicklung des Umformers, ,S die Sekundärwicklung. Am Netz liegen noch die Kondensatoren K, die über die drei Teile der Sekundärwicklung des Einphasentransformators T in Dreieck geschaltet sind, so daß sich über den so gebildeten Kreis der Kondensatoren ein Einphasenstrom dreifacher Nennfrequenz schließen kann, ohne in das Netz zu gelangen. ΐ5 Die primäre Wicklung des Einphasentransformators T ist mit der Sekundärwicklung 5 des Umformers in Reihe geschaltet und vom sekundären Strom durchflossen. Die am Netz in Dreieckschaltung liegenden Kondensatoreni?" verbessern bei dieser Schaltung ' den primären Leistungsfaktor, wobei sie von einem Strom durchflossen werden, der Netzfrequenz hat, während sie iii Reihenschaltung von dem Sekundärstrom dreifacher Frequenz durchflossen werden und damit zur Hilfsmagnetisierung und Verringerung des Spannungsverlustes in der- Sekundärwicklung dienen.

Diese Schaltung ist auch besonders für solche Umformer geeignet, bei denen die Klemmenspannung mit wachsender Belastung möglichst konstant bleiben soll. Wenn der Sekundärkreis nicht einphasig, sondern mehr-.phasig ausgeführt wird, so ist für jeden Sekundären Wicklungsstrang die Schaltung Ss .'det Sekundärwicklung S, des Transformators T ukcd der Kondensatoren nach Bild 4 auszuführen. Bei m-Phasenstrom auf der Sekundärseite können entweder m-Einphasentransformatoren T oder ein m-Phasentransformator verwendet werden, wobei in jedem Wicklungsstrang die Schaltung nach Bild 4 auszuführen ist.

Die Ströme sekundärer Frequenz in der Primärwicklung können zur Verstärkung der Oberwellenfelder herangezogen werden, wenn zu den einzelnen Wicklungssträngen der Primärwicklung (z. B. bei Sternschaltung zwischen Klemmen und Sternpunkt) Kondensatoren parallel geschaltet werden. Diese Kondensatoren verbessern dann gleichzeitig auch den primären Leistungsfaktor. Die Primärwicklung ist dabei so zu bemessen,' daß der Wicklungsfaktor für die entsprechende Oberwelle möglichst groß ist. Bei Dreieckschaltung der Primärwicklung kann sich diese Maßnahme nicht voll auswirken, weil die Oberströme gewöhnlich den Weg über die in Reihe geschalteten Wicklungsteile vorziehen. Man kann hier aber jeden Wicklungsstrang in zwei Teile zerlegen, von denen der Wicklungsfaktor für die Oberwelle in jedem Teil möglichst groß, für beide in Reihe geschalteten Teile aber möglichst klein ist. Wenn dann zu· jedem der Teile des Wicklungsstranges Kondensatoren parallel geschaltet werden (Bild 5), ist die Dreieckschaltung ebenso wirksam wie die Sternschaltung. Zuweilen kann es vorteilhaft sein, die Kondensatoren ganz oder zum Teil einer Wicklung parallel zu schalten, die der eigentlichen Betriebswicklung beim Anlauf des Umformers vorgeschaltet ist.

Das beschriebene Verfahren ist nicht nur auf hier besonders veranschaulichten Schal-. tungen beschränkt, es kann auch ohne weiteres und unabhängig zur anderweitigen baulichen Durchbildung von Frequenzumformern dienen, deren Erregung durch Schaltungen mit Kondensatoren erfolgen soll.

Claims

Patentansprüche:

i. Einrichtung zur Beeinflussung und Einstellung der Sekundärbetriebsgrößen von Frequenzumformern, bei welchen die vom Netz gespeiste Primärwicklung elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt und diese durch Induktion in der auf dem netzgespeisten Teil angeordneten Sekundärwicklung in elektrische Leistung andrer Frequenz rückwandelt,

dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis Kapazitäten geschaltet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch ι zur Vergrößerung des Kurzschlußstromes, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar. oder unter Zwischenschaltung eines Transformators Kondensatoren in Reihe mit der Sekundärwicklung geschaltet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Erhöhung der Sekundärspannung, dadurch gekennzeichnet, daß kapazitive Belastung oder Kondensatoren unmittelbar oder über Transformatoren parallel zum Sekundärkreis geschaltet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator an eine Tertiärwicklung angeschlossen ist, die im Ständer des Umformers entweder in denselben Nuten wie die Umformerwicklungen oder in getrennten Nuten liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Tertiärwicklung eine Anlaufwicklung dient.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, zur Speisung und gegebenenfalls Drehzahlregelung von Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren an den Sekundärkreis übererregt gelegt sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dieselben Kondensatoren, die zur Erregung dienen, so bemessen sind, daß sie auch den Blindspannungsverlust der Sekundärwicklung aufheben.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, zur Verstärkung der Oberfelder, die die Sekundärwicklung induzieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren parallel zu den einzelnen Wicklungssträngen der Primärwicklung geschaltet sind.
9. Anwendung der Einrichtungen nach Anspruch 1 bis 8 für Frequenzumformer, die im allgemeinen als asynchrone Umformer wirken und deren Erregung teils aus dem Netz, teils aus den kapazitiven Belastungen des Sekundärkreises herrühren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen