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Anordnung zur Speisung der Erregerwicklung von ständererregten Stromwendermaschinen
mit Schlupffrequenz Es ist schon lange üblich, die Erregerwicklung von ständererregten
Stromwender-Schlupfmaschinen der Bauart Siemens-Lydall bzw. Scherbius mit eingeprägten
Strömen in sogenannter Stromschaltung zu speisen, um den nachteiligen Einfluß des
mit der Schlupffrequenz veränderlichen Blindwiderstandes dieser Erregerwicklung
auf Betrag und Richtung der von der Stromwender-Schlupfmaschine erzeugten Spannung
zu beseitigen, durch die Drehzahl und Leistungsfaktor von Asynchronmaschinen, z.
B. bei Netzkupplungsumformern gesteuert werden. Eine bekannte Schaltung verwendet
als eingeprägten Strom den Strom einer großen Drosselspule, die vom gleichen Netz
wie die Asynchronmaschine gespeist wird, und führt ihn über steuerbare Stromwandler,
z. B. Doppeldrehwandler, in gegeneinander um 90° verschobenen, steilbaren Anteilen
den Schleifringen des Erregerfrequenzwandlers zu. Steilbare Doppeldrehwandler sind
aufwendig und teuer und erfordern außerdem bei selbsttätigem Betrieb aufwendige
Öldruckregler. Auch der verhältnismäßig große Blindleistungsbedarf der Doppeldrehwandler
ist nachteilig.
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Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 972 479 eine Anordnung
zur Speisung der Erregerwicklung von ständergespeisten Stromwendermaschinen mit
eingeprägten Strömen von Schlupffrequenz mit Hilfe eines Stromwender-Frequenzwandlers
bekannt, bei der keine Doppeldrehwandler verwendet sind. Die Stromwendermaschine
besitzt zwei Erregerwicklungen, die jeweils an zwei gegenläufig steilbaren Bürstenträgern
des Frequenzwandlers angeschlossen sind. Beide Erregerwicklungen werden mit je einem
eingeprägten Strom von gleichbleibendem Betrag gespeist. Durch die Drehung der beiden
Bürstenträger wird lediglich die Richtung der Ströme in beiden Erregerwicklungen
so geändert, daß sie z. B. in der Mittelstellung der Bürstenbrücken gleichphasig
sind und ihre Durchflutung sich in der Schlupfmaschine gegenseitig aufhebt. Gleichwohl
führen die beiden Erregerwicklungen bei allen Bürstenstellungen den vollen Nennstrom
und müssen die ihm entsprechenden Verluste abführen. Außerdem müssen in jeder Erregernut
beide Wicklungen vorhanden sein, wodurch die Herstellung dieser Wicklungen und ihrer
Schaltverbindungen schwierig ist.
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Eine andere Anordnung zur Erregung eines Drehstromregelsatzes mit
ständererregter Hintermaschine über einen Frequenzwandler in Stromschaltung zeigt
die deutsche Patentschrift 937 964. Bei dieser Anordnung hat die Stromwendermaschine
nur eine Erregerwicklung, von der jeder Wicklungsanschluß an zwei parallelgeschaltete
Stromwenderfrequenzwandlerbürsten angeschlossen ist, von denen sich die eine auf
dem einen und die andere auf dem anderen Bürstenträger befindet. Zur Regelung des
Erregerstromes hat diese Anordnung zwei Stromwender-Frequenzwandler für die halbe
Erregerleistung, deren Bürstenträger parallel geschaltet sind und gegenläufig verstellt
werden. Dadurch führt die Erregerwicklung der Schlupffrequenz nur den zum jeweiligen
Schlupf gehörenden Erregerstrom und hat entsprechend niedrige Verluste. Weil jedoch
das Potential der Wicklungen der Stromwender-Frequenzwandler durch die Parallelschaltung
der Bürstenträger festgelegt ist, können die Schleifringe der Stromwender-Frequenzwandler
nicht ebenfalls parallel geschaltet werden, sondern werden über die Zweitwicklung
eines zusätzlichen Stromwandlers in Reihe geschaltet, durch den die beiden Anker
mit dem gleichen eingeprägten Strom gespeist werden.
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Durch die Erfindung wird der bei einer derartigen Erregungsanordnung
erforderliche Aufwand herabgesetzt. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Speisung
der Erregerwicklung von ständererregten Stromwendermaschinen mit Schlupffrequenz
über einen mit zwei drehbaren Bürstenträgern versehenen Stromwender-Frequenzwandler,
dessen Schleifringen eingeprägte Ströme in Stromschaltung zugeführt werden und bei
der jeder Wicklungsstrang der Erregerwicklung der Stromwendermaschine an zwei Stromwenderbürsten
des Frequenzwandlers angeschlossen ist, von denen sich die eine auf dem einen und
die andere auf dem anderen Bürstenträger befindet, wobei der dem Stromwender des
Frequenzwandlers entnommene
Erregerstrom durch gegensinniges Drehen
der Bürstenträger bei gleichbleibender Richtung in seinem Betrag und durch gleichsinniges
Drehen der Bürstenträger bei gleichbleibendem Betrag in seiner Richtung geändert
wird. Gemäß der Erfindung besitzt die Stromwendermaschine nur eine Erregerwicklung,
von der jeder Wicklungsanschluß an zwei auf verschiedenen Bürstenträgern befindlichen,
parallelgeschalteten Bürsten des Frequenzwandlers angeschlossen ist.
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Bei dieser Anordnung führt jede Bürste einen eingeprägten Strom von
gleichbleibendem Betrag, dessen Richtung vom Winkel zwischen der Lage der beiden
Bürstenbrücken auf dem Stromwender abhängt. Die Erregerwicklung führt dagegen, da
sie von den Strömen eines Bürstenpaares gespeist wird, die geometrische Summe beider
Ströme, die sich jeweils nach Betrag und Richtung ändert, so daß nur der zum jeweiligen
Schlupf gehörende Erregerstrom vorhanden ist und entsprechend niedrige Verluste
entstehen.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung fließt in der sogenannten Durchmesserstellung
der Bürsten der aus einer Bürste des einen Bürstenträgers austretende Strom in die
entsprechende Bürste des anderen hinein, und der Stromwender ist dadurch kurzgeschlossen.
Der Strom in der Erregerwicklung ist Null. Sind beide Bürstenträger um je 90° einander
entgegengedreht, so befinden sich beide Bürsten an der gleichen Stelle des Stromwenders.
Beide Bürsten führen den gleichen Strom, der als algebraischer Summenstrom der Erregerwicklung
zufließt. Zwischen diesen beiden Grenzstellungen wird der Erregerstrom als geometrische
Summe der beiden Bürstenströme gebildet, der in der Durchmesserstellung zu Null
wird und beim Weiterdrehen der Bürstenbrücken in entgegengesetzter Richtung wieder
anwächst.
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Die Zeichnungen lassen den Erfindungsgedanken besser erkennen. In
F i g. 1 bezeichnet 1 eine Asynchronmaschine., die durch die ständererregte Stromwendermaschine
2 nach Drehzahl und Leistungsfaktor gesteuert wird. Der Frequenzwandler 3 wird an
seinen Schleifringen über die große Drosselspule 4 und den Isolierwandler .5 mit
einem eingeprägten Strom gespeist. Am Stromwender sind zwei stellbare Bürstenträger
vorhanden; die obere Bürste soll zum einen und die untere Bürste zum anderen Bürstenträger
gehören. Beide Bürsten sind, wie dargestellt, parallel geschaltet und an eine Phase
der Erregerwicklung angeschlossen. Das gleiche gilt für die beiden anderen nicht
dargestellten Phasen, wie aus F i g. 2 hervorgeht.
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Die Wirkungsweise ist aus F i g. 3 ersichtlich, die schematisch die
räumliche Anordnung der Bürsten x und u auf dem Stromwender zeigt. Diesen Stellungen
entsprechen jeweils die vom gedachten Mittelpunkt MP ausgehenden, eingezeichneten
Erregerstromanteile MPu, MPul usw. F i g. 4 zeigt die Bildung der geometrischen
Summe aus diesen Erregerstromanteilen bei den einzelnen Stellungen, ausgehend vom
Punkt 0.
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Stehen beide Bürsten genau auf einem Durchmesser (Lage u-x), so sind
sie in der Nullstellung, und der eingeprägte Strom kommt z. B. aus der Bürste
u heraus und fließt in die Bürste x hinein. Der in der Erregerwicklung
fließende gelieferte Erregerstrom entspricht der geometrischen Summe und ist in
diesem Fall gleich Null. Ändert man. die Lage der Bürsten, so erhält man für die
in F i g. 3 mit ux und x1 bezeichnete Stellung als Erregerstrom die geometrische
Summe 0 ui -I- ui x1 = O x, (s. lr' i g. 4).
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Für die Stellung der Bürsten bei u2 und x2 ergibt sich die
geometrische Summe 0 u2 -h u2 x2 = 0 x2. Stehen die Bürsten auf dem Stromwender
nebeneinander, Stellung u3 x3, so wird der größte Erregerstrom geliefert,
nämlich die geometrische Summe 0 u3+u3 x3 = 0x3.
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Ströme entgegengesetzter Richtung erhält man, wenn man die Bürstenbrücken,
von u und x ausgehend, nach der entgegengesetzten Richtung dreht.
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Die Strecken 0ui+uixi; 0u2+u2X2 usw. sind sowohl ein Maß für den Strom
als auch für die wirksame Windungszahl der Stromwenderwicklung des Erregerfrequenzwandlers
gegenüber der Erregerwicklung. Wenn man die beiden Bürstenträger nach der gleichen
Richtung dreht, behält der dem Stromwender entnommene Strom seinen Betrag bei und
ändert nur die Richtung, so daß man nicht nur auf die Drehzahl, sondern auch auf
den Leistungsfaktor der Asynchronmaschine einwirken kann.
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In F i g. 5 ist noch gezeigt, wie man die beiden Bürstenträger mit
Hilfe der beiden Differentialgetriebe 6 und 7 in der richtigen Weise verstellen
kann. Die eine Welle des Differentialgetriebes 6 führt zum einen Bürstenträger,
z. B. zu dem mit den Bürsten u, v, w, das Differentialgetriebe 7 zum anderen Bürstenträger
mit den Bürsten x, y, z. Beide Getriebe sind über Winkelgetriebe mit den Motoren
8 und 9 gekuppelt. Die Anordnung wirkt so, daß bei zunächst stillstehendem Motor
9 der Motor 8 die beiden Bürstenträger gegensinnig verstellt und damit den Betrag
des Stromwenderstroms ändert. Er kann z. B. vom Drehzahlregler gesteuert werden.
Der Motor 9 dreht dagegen bei stillstehendem Motor 8 die beiden Bürstenträger im
gleichen Sinn und kann vom Leistungsfaktorregler gesteuert werden. Die Asynchronmaschine
kann dadurch im gewünschten Sinn gesteuert werden.