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Schaltanordnung an in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen mindestens mittelbar eingeschalteten Kommlltatormaschinen.
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Generator oder als Motor der Schlupffrequenz, welcher von Wechselstrom der Netzfrequenz über die Schleifringe erregt wird. Aus diesem Grunde soll in der Folge diese Maschine als Kommutatormaschine
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Maschinenspannung vom Synchronismusgrad bringt aber gewisse Nachteile mit sich, die man lieber vermeidet.
Um den störenden Einfluss des Synchronismusgrades auf die Spannung der Kommutatormaschine mit Netzfrequenzerregung zu beseitigen, wird nach der Erfindung ein praktisch rückwirkungsloser Kopplungstransformator verwendet, dessen Primärstromkreis von der Spannung der mit Netzfrequenz erregten Kommutatormaschine oder ihrer korrigierten Spannung gespeist wird und dessen Sekundärwicklung in den Ankerstromkreis der genannten Kommutatormaschine geschaltet ist. Dabei ist es nötig, den Primärstromkreis des Kopplungstransformators in irgendeiner Weise praktisch induktionsfrei zu machen. Der gleiche Erfindungsgedanke ist auch für mit Schlupffrequenz erregte Kommutatormaschinen anwendbar, wie weiter unten besprochen wird.
In den Fig. 1-4 ist der Erfindungsgedanke an praktischen Beispielen näher erläutert.
Bei der Schaltung der Fig. 1 ist 1 die Kommutatormaschine mit Netzfrequenzerregung, 2 der Kopplungstransformator und, M eine mit Kondensatoren belastete asynchrone Maschine, die die Aufgabe besitzt, den Primärstromkreis 111 des Kopplungstransformators 2 induktionsfrei zu gestalten. Wird mit I To die Erregung (Schleifringspannung) bezeichnet, so ist
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die Spannung der Schlupffrequenz, wenn s die Schlüpfung ist. Zu dieser Spannung addiert sich die Spannung U32 des Kopplungstransformators 2, dessen Primärwicklung von der Spannung U2.-s) gespeist wird.
Durch passende Dimensionierung des Kopplungstransformators 2 und entsprechende Wahl des Winkels zwischen seinen zwei Wicklungen ist es möglich, die Spannung
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zu erreichen an Stelle der gewünschten Spannung U2. Das Ziel (Unabhängigkeit der Maschinenspannung vom Synchronismusgrad) kann also als erreicht angesehen werden, da ja in den allermeisten Falten 82 gegen 1 vernachlässigbar klein ist.
Ganz genau wird das Ziel mit Hilfe der Schaltung der Fig. 2 erreicht. Bei dieser wird der Kopp- lungstransformator 2 nicht von der Spannung der Schlupffrequenz der Kommutatormasehine 1. sondern von der durch den Kopplungstransformator 2 korrigierten Spannung gespeist.
Wesentlich wirtschaftlicher wird die Anordnung, wenn man die Spannung der Kommutator- masehine mit Netzfrequenzerregung nicht unmittelbar, sondern erst mittelbar korrigiert. Dies geschieht durch Korrektion der Erregerspannung, also einer Spannung der Netzfrequenz. Es ist demnach nötig, zunächst die vom Kopplungstransformator herrührende Spannung der Sehlupffrequenz in eine Spannung der Netzfrequenz umzuformen.
Bei der Schaltung der Fig. 3 dient die Spannung der Wechselinduktion des Kopplungstrans- formators 2 zur Erregung einer praktisch rnckwirkungslosen asynchronen Maschine'j. Dabei muss der Erregerstromkreis dieser Maschine praktisch induktionsfrei sein. In der Fig. 3 wird dies erreicht durch die schon mehrfach erwähnte Kondensatormasehine 4. Der Primärstromkreis 111 des Kopplungstrans-
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frei gemacht. Der Sekundärwicklung der asynchronen machine 3 zist in den Erregerstromkreis der Kommu- tatormaschine mit Netzfrequenzerregung zu schalten.
Diese Reihenschaltung der Läuferwicklungen der Maschine 1 und 3 ist in Fig. 3 durch die Verbindung zwischen den Schleifringen angedeutet. Indessen ist es klar, dass die genannte Reihenschaltung auch ohne Zuhilfenahme von Schleifringen geschehen kann, wenn die zwei Maschinen auf der gleichen Welle sitzen. Bei der wirklichen Ausführung kommen dem-
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die Erregerspannung der Kommutatormaschine 1 bezeichnet, so lässt sich nachweisen, dass die Spannung der Maschine 1 den Wert U2 (1so) annimmt, falls der Kopplungstransformator entsprechend dimensioniert wird.
Genau zu den gleichen Ergebnissen kommt man mit Hilfe der Schaltung der Fig. 4. Bei dieser wird die Spannung der Weohselinduktion des Kopplungstransformators 2 durch einen Frequenzumformer. 3 auf die Netzperiodenzahl gebracht und durch den Transformator 4 in den Erregerstromkreis der Kommttatormaschine 1 eingeführt. Auch hier muss Sorge getragen werden, dass der Wirkwiderstand des Stromkreises III gross gegenüber dem Blindwiderstand sei. Nach Fig. 4 ist dies durch Einschaltung eines Widerstandes 5 erreicht.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, die in den Sekundärstromkreis einer Asynchronmaschine eingeschaltete, im Ständer mit Schlupffrequenz erregte Kommutatorhintermasehine mit der asynchronen Hauptmasehine zu kuppeln. In diesem Falle ist aber die Spannung der Kommutatormasehine nicht nur
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zahl der asynchronen Hauptmasehine abhängig. Diese Abhängigkeit der Maschinenspannung vom Synchronismusgrad ist aber für die Erreichung des Zieles ebenso hinderlich, wie dies bei der kompensierten Kommutatormasehine mit Netzfrequenzerregung der Fall war. Es ist also wichtig, auch die Spannung der kompensierten Kommutatormaschine mit Sehlupffrequenzerregung unabhängig von ihrer Drehzahl, also vom Synchronismusgrad der Hauptmasehine, zu gestalten.
Auch hier kann das Ziel wie oben bei der kompensierten Maschine mit Netzfrequenzerregung entweder unmittelbar oder mittelbar erreicht werden.
Eine unmittelbare Lösung der Aufgabe zeigen die Schaltungen der Fig. Ï und 6. In beiden Fällen wird die Spannung der Maschine 7 durch den Kopplungstransformator 2 korrigiert. In Fig. Ï wird die Primärwicklung des Kopplungstransformators 2 von der Spannung der Kommutatormaschine, in Fig. 6 dagegen von der korrigierten Spannung gespeist. Die erforderliche annähernde Induktionsfreiheit des primären Stromkreises des Kopplungstransformators wird in Fig. 5 durch einen induktionslosen Widerstand 3 und in Fig. 6 durch die Kondensatormaschine 3 elTeicht.
Bezeichnet man mit U2 die : Maschinen- spannung und mit U42 die Spannung der Weehselinduktion des Kopplungstransformators, so ist bei der Schaltung der Fig. 5 die korrigierte Spannung durch die Gleichung
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und bei jener der Fig. 6 durch die Gleichung
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Bei der mittelbaren Lösung der Aufgabe wird die Sekundärwicklung des Kopplungstransformators nicht in den Ankerstromkreis, sondern in den Erregerstromkreis der betreffenden kompensierten Kommutatormaschine mit Schlupffrequenzerregung eingeschaltet, um Proportionalität zwischen der Maschinenspannung und der Erregerspannung zu erreichen. Dadurch erreicht man auch eine wesentliche Verkleinerung des Kopplungstransformators und damit eine Verbilligung der Regelanlage.
Eine solche Schaltung ist in Fig. 7 dargestellt. Der Kopplungstransformator 2, dessen Primärstromkreis von der Spannung der Kommutatormasehine 1 gespeist wird und durch eine Kondensatormaschine 3 induktionsfrei gestaltet ist, arbeitet auf den Erregerstromkreis der Kommutatormaschine.
Dabei ist für die Wirksamkeit der Schaltung erforderlich, dass auch der Blindwiderstand des Erregerstromkreises 111 in irgendeiner Weise kompensiert sei.
Bei den Schaltungen der Fig. 3,4 und 7, bei welchen der Kopplungstransformator 2 auf den Erregerstromkreis der betreffenden Kommutatormaschine 1 einwirkt, kann die Schaffung eines besonderen induktionsfreien Stromkreises für die Primärwicklung des Kopplungstransformators entfallen, wenn der von der Kommutatormaschine gespeiste Stromkreis 11 induktionsfrei ist und in diesem auch sonst keine weiteren Spannungen, die die Proportionalität zwischen dem Strome und der Spannung der Kommutatormaschine stören könnten, vorkommen. In einem solchen Falle kann man die Primärwicklung des Kopplungstransformators 2 in den Stromkreis II legen, wie es in den Fig. 8 und 9 geschehen ist.
Bei den gebrachten Schaltungen war angenommen, dass der Blindwiderstand des primären Stromkreises der verwendeten Kopplungstransformatoren entweder durch Einschalten eines Ohmschen Widerstandes oder einer Kondensatormaschine klein gemacht sei gegenüber dem Ohmschen Widerstand. Es ist selbstverständlich, dass an Stelle der erwähnten Mittel auch irgendein anderes treten könnte, welches befähigt ist, den Blindwiderstand des genannten Stromkreises klein gegenüber dem Ohmschen zu machen.
Bei den bisherigen Ausführungen ist ferner stillschweigend angenommen worden, dass die sämtlichen Kopplungstransformatoren als Drehtransformatoren ausgeführt seien. Indessen ist dies für die Wirksamkeit der Anordnung nicht nötig. Man kann auch gewöhnliche statische Transformatoren wählen, wenn man dieselben möglichst rückwirkungslos ausführt und mit passenden Wicklungen versieht. Auch die Kombination beider Arten von Transformatoren oder auch zweier Transformatoren der gleichen Art an Stelle eines einzigen Kopplungstransformators ist möglich.
Namentlich die zuerst genannte Kombination beider Arten von Kopplungstransfonnatoren kann mit Vorteil verwendet werden, u. zw. dann, wenn der Winkel zwischen den zwei Wicklungen bei Verwendung eines einzigen Kopplungstransformators verhältnismässig wenig von 0'oder 180'abweicht. In diesem Falle wird man einen statischen Kopplungstransformator zur Erzeugung jener Komponente, die senkrecht zum Primärstrom des betreffenden Kopplungstransformators steht und einen Drehtransformator zur Erzeugung jener Komponente der
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baren Kopplungstransformators auch ein statischer Kopplungstransformator treten, dessen Sekundärwicklung beim Durchgang durch den Synchronismus umgeschaltet wird.
An Stelle der erwähnten Umschaltung der sekundären Wicklungen kann durch Anordnung zweier Sekundärwicklungen die Einschaltung der einen an Stelle der andern beim Durchgang durch den Synchronismus treten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltanordnung an in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen mindestens mittelbar eingeschalteten Kommutatormaschinen, die mit einer der Drehzahl der Asynchronmaschine proportionalen oder gleichen Drehzahl umlaufen und die im Ständer mit einer Kompensationswieklung aus-
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in irgendeiner Weise praktisch induktionsfrei gemachter Primärstromkreis an die Spannung der genannten Kommutatormaschine oder an ihre korrigierte Spannung gelegt ist und dessen Sekundärwicklung in den Ankerstromkreis der genannten Kommutatormaschine geschaltet ist.
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Switching arrangement on commlltator machines switched at least indirectly into the secondary circuit of asynchronous machines.
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Generator or as a motor of the slip frequency, which is excited by alternating current of the mains frequency via the slip rings. For this reason, this machine is to be used as a commutator machine in the following
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However, machine voltage of the degree of synchronism has certain disadvantages which it is better to avoid.
In order to eliminate the disruptive influence of the degree of synchronism on the voltage of the commutator machine with mains frequency excitation, a practically reactive coupling transformer is used according to the invention, whose primary circuit is fed by the voltage of the commutator machine excited with mains frequency or its corrected voltage and its secondary winding in the armature circuit of the above Commutator machine is switched. It is necessary to make the primary circuit of the coupling transformer practically induction-free in some way. The same inventive idea can also be used for commutator machines excited with slip frequency, as will be discussed further below.
1-4, the concept of the invention is explained in more detail using practical examples.
In the circuit of FIG. 1, 1 is the commutator machine with mains frequency excitation, 2 is the coupling transformer and, M is an asynchronous machine loaded with capacitors, which has the task of making the primary circuit 111 of the coupling transformer 2 induction-free. If I To denotes the excitation (slip ring voltage), then
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the voltage of the slip frequency when s is the slip. The voltage U32 of the coupling transformer 2, whose primary winding is fed by the voltage U2.-s), is added to this voltage.
By appropriately dimensioning the coupling transformer 2 and choosing the angle between its two windings, it is possible to adjust the voltage
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to be achieved instead of the desired voltage U2. The goal (independence of the machine voltage from the degree of synchronism) can therefore be regarded as having been achieved, since in the vast majority of folds 82 is negligibly small compared to 1.
The goal is achieved precisely with the aid of the circuit of FIG. In this case, the coupling transformer 2 is not fed by the voltage of the slip frequency of the commutator machine 1, but by the voltage corrected by the coupling transformer 2.
The arrangement becomes much more economical if the voltage of the commutator machine is not corrected directly, but only indirectly, with mains frequency excitation. This is done by correcting the excitation voltage, i.e. a voltage of the mains frequency. It is therefore necessary first of all to convert the voltage of the leakage frequency from the coupling transformer into a voltage of the mains frequency.
In the circuit of FIG. 3, the voltage of the alternating induction of the coupling transformer 2 is used to excite a practically non-reactive asynchronous machine. The excitation circuit of this machine must be practically induction-free. In Fig. 3 this is achieved by the already repeatedly mentioned capacitor machine 4. The primary circuit 111 of the coupling transmission
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made free. The secondary winding of the asynchronous machine 3 z is to be switched into the excitation circuit of the commutator machine with mains frequency excitation.
This series connection of the rotor windings of the machine 1 and 3 is indicated in FIG. 3 by the connection between the slip rings. However, it is clear that the series connection mentioned can also take place without the aid of slip rings if the two machines are on the same shaft. In the real execution,
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denotes the excitation voltage of the commutator machine 1, it can be demonstrated that the voltage of the machine 1 assumes the value U2 (1so) if the coupling transformer is dimensioned accordingly.
Exactly the same results are obtained with the aid of the circuit of FIG. 4. In this circuit, the voltage of the Weohselinduction of the coupling transformer 2 is determined by a frequency converter. 3 brought to the network period number and introduced through the transformer 4 into the excitation circuit of the commttator machine 1. Here, too, care must be taken to ensure that the effective resistance of circuit III is large compared to the reactance. According to FIG. 4, this is achieved by switching on a resistor 5.
In many cases it is advantageous to couple the commutator back-end machine, which is switched on in the secondary circuit of an asynchronous machine and is excited in the stator with slip frequency, to the asynchronous main machine. In this case, however, the voltage of the commutator circuit is not limited
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number of asynchronous main machines dependent. This dependence of the machine voltage on the degree of synchronism is just as obstructive for achieving the goal as was the case with the compensated commutator machine with mains frequency excitation. It is therefore important to configure the voltage of the compensated commutator machine with low-level frequency excitation independent of its speed, i.e. the degree of synchronism of the main machine.
Here, too, the goal can be achieved either directly or indirectly, as above with the compensated machine with mains frequency excitation.
The circuits in FIGS. 6 and 6 show a direct solution to the problem. In both cases, the voltage of the machine 7 is corrected by the coupling transformer 2. In FIG. 6, the primary winding of the coupling transformer 2 is fed by the voltage of the commutator machine, whereas in FIG. 6 it is fed by the corrected voltage. The required approximate freedom from induction of the primary circuit of the coupling transformer is made easier in FIG. 5 by an inductive resistor 3 and in FIG. 6 by the capacitor machine 3.
If U2 denotes the machine voltage and U42 denotes the voltage of the alternating induction of the coupling transformer, then in the circuit of FIG. 5 the corrected voltage is given by the equation
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and that of Fig. 6 by the equation
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In the indirect solution of the task, the secondary winding of the coupling transformer is not switched into the armature circuit, but into the excitation circuit of the compensated commutator machine concerned with slip frequency excitation in order to achieve proportionality between the machine voltage and the excitation voltage. This also results in a significant reduction in the size of the coupling transformer and thus a cheaper control system.
Such a circuit is shown in FIG. The coupling transformer 2, the primary circuit of which is fed by the voltage of the commutator machine 1 and is made induction-free by a capacitor machine 3, operates on the excitation circuit of the commutator machine.
For the effectiveness of the circuit it is necessary that the reactance of the excitation circuit 111 is compensated in some way.
In the circuits of Figs. 3, 4 and 7, in which the coupling transformer 2 acts on the excitation circuit of the commutator machine 1 concerned, the creation of a special induction-free circuit for the primary winding of the coupling transformer can be omitted if the circuit 11 fed by the commutator machine is induction-free and there are no other voltages in this that could disturb the proportionality between the current and the voltage of the commutator machine. In such a case, the primary winding of the coupling transformer 2 can be placed in the circuit II, as was done in FIGS. 8 and 9.
In the circuits presented, it was assumed that the reactance of the primary circuit of the coupling transformers used was made small compared to the ohmic resistance either by switching on an ohmic resistor or a capacitor machine. It goes without saying that, instead of the means mentioned, any other means could also be used which is capable of making the reactance of the circuit mentioned small compared to the ohmic one.
In the previous explanations it has also been tacitly assumed that all the coupling transformers are designed as rotary transformers. However, this is not necessary for the arrangement to be effective. Ordinary static transformers can also be selected if they are implemented as non-reactive as possible and provided with suitable windings. It is also possible to combine both types of transformers or two transformers of the same type in place of a single coupling transformer.
In particular, the first-mentioned combination of both types of coupling transformers can be used with advantage, u. when the angle between the two windings deviates comparatively little from 0 'or 180' when using a single coupling transformer. In this case, a static coupling transformer is used to generate that component which is perpendicular to the primary current of the coupling transformer in question and a rotary transformer is used to generate that component of the
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A static coupling transformer, the secondary winding of which is switched when passing through the synchronism, can also occur in the coupling transformer.
In place of the mentioned switching of the secondary windings, by arranging two secondary windings one can be switched on instead of the other when passing through the synchronism.
PATENT CLAIMS:
1.Switching arrangement on commutator machines which are switched at least indirectly into the secondary circuit of asynchronous machines, which rotate at a speed that is proportional to or the same as the speed of the asynchronous machine and which are compensated in the stator
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in any way practically induction-free made primary circuit is connected to the voltage of said commutator machine or to its corrected voltage and its secondary winding is connected to the armature circuit of said commutator machine.