Anordnung zur Korrigierung der Klemmenspannung von in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen mindestens mittelbar eingeschalteten Kommutatormaschinen. Bei der Regelung von asynchronen Ma schinen durch Kommutatorhintermaschinen wird vielfach ein Frequenzumformer ver wendet, dem die Aufgabe zufällt, in den sekundären Stromkreis der zu regelnden asynchronen Maschinen unmittelbar oder mittelbar eine regelbare, von der Schlüpfung der Hauptmaschine unabhängige Spannung einzuführen. Dabei besteht zwischen Primär- und Sekundärspannung des Frequenzum formers Proportionalität, wenn man von der durch den Belastungsstrom hervorgerufenen Spannungsänderung absieht.
Diese Propor tionalität geht aber verloren, wenn man den Frequenzumformer durch eine von dem Ankerstrom durchflossene Ständerwicklung kompensiert. Diese Spannung der Schlupf frequenz wird dann nicht nur der Schleif ringspannung, sondern auch dem Synchro nismusgrad
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der Maschine proportional, wo n die augenblickliche Drehzahl der Ma schine, n0 die Synchrondrehzahl bedeuten. Die Maschine verliert dabei ihre Eigenschaft als Umformer vollkommen. Sie wirkt viel mehr als Generator oder als Motor der Schlupffrequenz, welcher von Wechselstrom der Netzfrequenz über die Schleifringe er regt wird. Aus diesem Grunde soll in der Folge diese Maschine als Kommutator maschine mit Netzfrequenzerregung bezeich net werden.
Bei der Kommutatormaschine mit Netzfrequenzerregung ist also die Ma schinenspannung (Klemmenspannung der Schlupffrequenz) nicht allein der Erreger spannung (Schleifringspannung), sondern auch dem Synchronismusgrad
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propor tional. Diese Abhängigkeit der Maschinen spannung vom Synchronismusgrad bringt aber gewisse Nachteile mit sich, die man lieber vermeidet. Wenn die in den Sekundärstromkreis einer Asynchronmaschine eingeschaltete Kommutatorhintermaschine im Ständer mit Schlupffrequenzerregung erregt wird, ist es in vielen Fällen vorteilhaft, sie mit der asynchronen Hauptmaschine mechanisch zu kuppeln.
In diesem Falle ist aber die Span nung der Kommutatormaschine nicht nur ihrem Erregerstrom, sondern auch dem Syn chronismusgrad proportional, das heisst sie ist auch von der Drehzahl der asynchronen Hauptmaschine abhängig. Diese Abhängig keit der Maschinenspannung vom Synchro nismusgrad ist aber für die Erreichung des Zieles ebenso hinderlich, wie dies bei der kompensierten Kommutatormaschine mit Netzfrequenzerregung der Fall war. Es ist also wichtig, auch die Spannung der kom pensierten Kommutatormaschine mit Schlupf frequenzerregung im Ständer unabhängig von ihrer Drehzahl, also vom Synchronismus grad der Hauptmaschine zu gestalten.
Die Erfindung betrifft nun eine Anord nung, die es gestattet, die geschilderten störenden Abweichungen der Klemmenspan nung der Kommutatormaschine vom Soll betrage zu beseitigen. Erfindungsgemäss ist ein rückwirkungsloser Kopplungstransforma tor vorgesehen, dessen Primärwicklung mit einem der Klemmenspannung (korrigierten oder unkorrigierten) der Kommutator maschine proportionalen, Schlupffrequenz aufweisenden Strom gespeist wird und des sen Sekundärspannung mindestens mittelbar in den Ankerstromkreis der Kommutator maschine eingeführt ist und dort die geschil derte Abweichung der Klemmenspannung vom Sollbetrage aufhebt.
In den Fig. 1 bis 9 ist der Erfindungs gedanke an praktischen Beispielen näher er läutert.
Bei der Schaltung der Fig. 1 ist 1 die Kommutatormaschine mit Netzfrequenzer regung, 2 der Kopplungstransformator und eine mit Kondensatoren belastete asyn chrone Maschine, die die Aufgabe besitzt, den Primärstromkreis III des Kopplungs transformators 2 induktionsfrei-zu gestalten. Wird mit U2 die Erregerspannung (Schleif ringspannung) bezeichnet, so ist
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die unkorrigierte Klemmenspannung der Schlupffrequenz, wenn s die Schlüpfung ist. Zu dieser Spannung addiert sich die Span nung U32 des Kopplungstransformators 2, dessen Primärwicklung von der Spannung U2 . (1-s) gespeist wird.
Die Sekundär spannung des Kopplungstransformators ist, da der Transformator mit Schlupffrequenz, arbeitet: U32 = U2 (1-s) s (2) Es ist dabei vorausgesetzt, dass der Strom in der Primärwicklung des Kopplungstransfor mators 2 proportional der speisenden Span nung U2 (1-s) ist, was sich durch Ein schaltung von ohmschen Widerständen oder durch die Anordnung der die Selbstinduk tionsspannung in der Primärwicklung auf hebenden Kondensatormaschine 3 erreichen lässt. Ausserdem ist das Übersetzungsverhält nis am Transformator derart gewählt, dass der in der Gleichung 2 mit U2 noch zu mul tiplizierende konstante Faktor k gleich 1 ist.
Für die durch den Kopplungstransformator korrigierte Spannung der Kommutatorma schine UII ergibt sich dann die Gleichung UII = U2 (1-s) + U2 (1-s) I s = (3) U2- U2S2= U2 (1-S2) Man sieht, dass die durch den Kopplungs transformator korrigierte Spannung der Kommutatormaschine vom Sollbetrage nur noch um einen Wert abweicht, der dem Quadrate des Schlupfes proportional ist. Dieser Wert ist aber durch die Quadratie- rung derart klein geworden, dass er in den meisten Fällen vernachlässigt werden kann.
Man kann aber auch diese Abweichung beseitigen, wenn man die Schaltung gemäss Fig. 2 zur Anwendung bringt. Hier wird die Primärwicklung des Kopplungstransfor mators von einer Spannung gespeist, die gleich ist der Summe der Klemmenspan- nung der Kommutatormaschine und der Sekundärspannung des Kopplungstransfor mators. Bezeichnet man diese Summenspan nung oder korrigierte Klemmenspannung mit UII so ergeben sich folgende Beziehungen: UII = U2 (1-s) + UII S UII (1-s) = U2 (1-s) UII = U2 (4) Es ist dabei wieder vorausgesetzt, dass das Übersetzungsverhältnis an dem Kopplungs transformator derart gewählt ist, dass seine Sekundärspannung gleich der speisenden Pri märspannung UII multipliziert mit s ist.
Wesentlich wirtschaftlicher wird die An ordnung, wenn man die Spannung der Kom mutatormaschine mit Netzfrequenzerregung nicht unmittelbar, sondern erst mittelbar korrigiert. Dies geschieht durch Korrektion der Erregerspannung, also einer Spannung der Netzfrequenz. Es ist demnach nötig, zu nächst die vom Kopplungstransformator her rührende Spannung der Schlupffrequenz in eine Spannung der Netzfrequenz umzufor men.
Bei der Schaltung der Fig. 3 dient die Spannung der Wechselinduktion des Kopp lungstransformators 2 zur Erregung einer praktisch rückwirkungslosen asynchronen Maschine 3. Dabei muss der Erregerstrom kreis dieser Maschine praktisch induktions frei sein. In der Fig. 3 wird dies erreicht durch die schon mehrfach erwähnte Konden satormaschine 4. Der Primärstromkreis III des Kopplungstransformators 2 ist dagegen durch Einschaltung eines induktionslosen Widerstandes 5 praktisch induktionsfrei ge macht. Die Sekundärwicklung der asyn chronen Maschine 3 ist in den Erregerstrom kreis der Kommutatormaschine mit Netz frequenzerregung zu schalten. Diese Reihen schaltung der Läuferwicklungen der Ma schine 1 und 3 ist in Fig. 3 durch die Ver bindung zwischen den Schleifringen ange deutet.
Indessen ist es klar, dass die ge nannte Reihenschaltung auch ohne Zuhilfe nahme von Schleifringen geschehen kann, wenn zwei Maschinen auf der gleichen Welle sitzen. Bei der wirklichen Ausführung kom men demnach die sechs Schleifringe zwi schen den Maschinen 1 und 3 in Wegfall. Wird, wie weiter oben mit U2 die von aussen zugeführte Erregerspannung der Kommuta tormaschine 1 bezeichnet, so lässt sich nach weisen, dass die Spannung der Maschine 1 den Wert U1 (1-s2) annimmt, falls der Kopplungstransformator entsprechend dimen sioniert wird.
Genau zu den gleichen Ergebnissen kommt man mit Hilfe der Schaltung der Fig. 4. Bei dieser wird die Spannung der Wechselinduktion des Kopplungstransforma tors 2 durch einen Frequenzumformer 3 auf die Netzperiodenzahl gebracht und durch den Transformator 4 in den Erregerstrom kreis der Kommutatormaschine 1 eingeführt. Auch hier muss Sorge getragen werden, dass der Wirkwiderstand des Stromkreises IIl gross gegenüber dem Blindwiderstand sei. In Fig. 4 ist dies durch Einschaltung eines Widerstandes 5 erreicht.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Anordnungen, bei denen die Kommutatormaschine im Stän der mit Schlupffrequenz erregt wird und ausserdem mit der asynchronen Haupt maschine (nicht besonders dargestellt) me chanisch gekuppelt ist. Die Klemmenspan nung der Kommutatormaschine weicht dann von ihrem Sollbetrage ebenfalls um einen dem Schlupf proportionalen Werte ab. Diese Abweichung ist nun bei den Anordnungen nach Fig. 5 und 6 mit Hilfe des Kopplungs transformators 2 in derselben Weise korri giert wie bei den Schaltungen der Fig. 1 und 2. Die Anordnung nach Fig. 5 weicht von der nach Fig. 1 allerdings insofern ab, als der Primärstromkreis des Kopplungstransforma tors durch Einschaltung von ohmschen Widerständen 3 induktionslos gemacht ist.
Bei der mittelbaren Lösung der Aufgabe wird die Sekundärwicklung des Kopplungs transformators nicht in den Ankerstrom kreis, sondern in den Erregerstromkreis der betreffenden kompensierten Kommutatorma- schine mit Schlupffrequenzerregung einge schaltet, um Proportionalität zwischen der Maschinenspannung und der Erregerspannung zu erreichen. Dadurch erreicht man auch eine wesentliche Verkleinerung des Kopp lungstransformators und damit eine Verbil ligung der Regelanlage.
Eine solche Schaltung ist in Fig. 7 dar gestellt. Der Kopplungstransformator 2, des sen Primärstromkreis von der Spannung der Kommutatormaschine 1 gespeist wird - und durch eine Kondensatormaschine 3 induktions frei gestaltet ist, arbeitet auf den Erreger stromkreis der Kommutatormaschine. Dabei ist für die Wirksamkeit der Schaltung erfor derlich, dass auch der Blindwiderstand des Erregerstromkreises III in irgend einer 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 II induktionsfrei ist und in die sem 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 Strom kreis II legen, wie es in den Fig. 8 und 9 geschehen ist.
Bei den gebrachten Schaltungen war an genommen, dass der Blindwiderstand des pri mären Stromkreises der verwendeten Kopp lungstransformatoren entweder durch Ein schalten eines ohmschen Widerstandes oder einer Kondensatormaschine klein gemacht sei gegenüber dem ohmschen Widerstand. Es ist selbstverständlich, dass an Stelle der erwähn ten Mittel auch irgend ein anderes treten könnte, welches befähigt ist, den Blindwider stand des genannten Stromkreises klein gegenüber dem ohmschen zu machen.
Bei den bisherigen Ausführungen ist fer ner stillschweigend angenommen worden, dass die sämtlichen Kopplungstransformatoren als Drehtransformatoren ausgeführt seien. In dessen ist dies für die Wirksamkeit der An ordnung nicht nötig. Man kann auch ge wöhnliche statische Transformatoren wählen, wenn man dieselben möglichst rückwirkungs los ausführt und mit passenden Wicklungen versieht. Auch die Kombination beider Ar ten von Transformatoren oder auch zweier Transformatoren der gleichen Art an Stelle eines einzigen Kopplungstransformators ist möglich. Namentlich die zuerst genannte Kombination beider Arten von Kopplungs transformatoren kann mit Vorteil verwendet werden, und zwar dann, wenn der Winkel zwischen den zwei Wicklungen bei Verwen dung eines einzigen Kopplungstransforma tors verhältnismässig wenig von 0 oder 180 abweicht.
In diesem Falle wird man einen statischen Kopplungstransformator zur Er zeugung jener Komponente, die senkrecht zum Primärstrom des betreffenden Kopp lungstransformators steht und einen Dreh transformator zur Erzeugung jener Kompo nente der Spannung, die senkrecht zu der ersten Komponente steht, verwenden. Dabei kann an Stelle des drehbaren Kopplungs transformators auch ein statischer Kopp lungstransformator treten, dessen Sekundär wicklung beim Übergang durch den Synchro nismus umgeschaltet wird. An Stelle der er wähnten Umschaltung der sekundären Wick lungen kann durch Anordnung zweier Sekun därwicklungen die Einschaltung der einen an Stelle der andern beim Übergang durch den Synchronismus treten.