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Induktionsmaschine mit Kommutatorhintermaschine, die in ihrem umlaufenden
Teile erregt wird. Für verlustlos regelbare Drehstromantriehe sind Maschinensätze
vorgeschlagen worden, die aus einer Induktionsmaschine und einer Kommutatorhintermaschine
bestehen. Dieser wird die Schlupfenergie der Vordermaschine zugefühat und von der
Hintermaschine an die Welle der Induktionsmaschine oder über :eine besonders mit
ihr mechanisch gekuppelte Hilfsmaschine an das Netz zurückgegeben. Solche Anordnungen
sind unter dem Namen »mechanisch gekuppelte oder elektrisch gekuppelte Drehstromregelsätze«
bekannt.
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Als Hintermaschine werden für diese Regelsätze meist Kommutatormaschnnen
benutzt, in denen sich drei Leistungsflüsse vereinigen: i. der elektrische Leistungsfluß
der Schlupf -energie der Vordermaschine, a. der mechanisch von der Hintermaschine
aufgenommene oder von ihr abgegebene Leistung sfluß, 3. der elektrische Erregungsfluß.
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Wird die Hintermaschine in ihrem umlaufenden Teil (z. B. über Schleifringe)
erregt, so tritt eine gewisse Abhängigkeit der Hintermaschinendrehzahlein, da dieErregerperiodenzahl
ebenso groß sein muß wie diejenige Periodenzahl, die im Anker der Hintermaschine
infolge deT Speisung- mit S.chlupfstrom vorhanden ist. Diese Abhängigkeit der Hintermaschinendrehzahl
machte es. bei mechanisch gekuppelten Regelsätzen :erforderlich, daß die Hintermaschine
mit der Induktionsmaschine starr, und zwar entweder direkt oder über Zahnräder,
Kettenantriebe usw., gekuppelt sein
mußte. Bei den elektrisch gekuppelten
Regelsätzen dagegen war man gezwungen, die Hintermaschine synchron laufen zu lassen,
d. h. die mit ihr gekuppelte Hilfsmaschine als Synchronmaschine auszuführen.
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Sowohl die starre Kupplung wie die Ausführung der Hilfsmaschine als
Synchronmaschine bringen Nachsteile mit sich. Einerseits ist es nämlich oft nicht
möglich, eine feste Kupplung überhaupt anzuordnen, außerdem erfordern Zahnräder
und Kettengetriebe hohe Anschaffungskosten. Anderseits bringt die S.ynchronmaschne
betriebstechnische Nachteile mit sich, die in der schwierigen und nur mit teuren
Apparaten möglichen Beherrschung des Anlaßvorganges sowie in dem an sich niedrigen
und durch die Erregung beschränkten Kippmoment der synchron laufenden Maschine liegen.
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Diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß für
Regelsätze, bestehend aus Induktionsmaschinen mit Kommutatormaschinen, :die in ihrem
umlaufenden Teil erregt werden., diese Erregung sowohl von der Netzperiodenzahl
und der Vordermaschinendrehzahl als auch von der Hintermaschinendrehzahl beeinflußt
wird, so daß für die letztere beliebige Werte und Schwankungen zugelassen werden
können.
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Die Abb. i zeigt ein Ausführungsbei spiel für die Erfindung. i ist
der Vordermotor, 2 eine schleifringerregteHintermaschine 3 die Hilfsmaschine, die
in diesem Fall als gewöhnliche Drehfeldmaschine ausgeführt werden soll. Beträgt
die Netzfrequenz ui und die Drehzahl der Vordermaschine n2, so ist die Schlupfperiodenzahl
(1) 113=ni-n..
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Die Hilfsmaschine 3 hat eine Drehzahl ui, die unter Fortlassung der
elektrischen und mechanischen Konstanten der Maschine 3 um dem Schlupf dieser Maschine
von der Frequenz n1 verschieden ist und je nach der Belastung oder Belastungsrichtung
kleinere oder größere Werte als ui annehmen kann. Für die schleifringerregte Maschine
2 gilt das Gesetz, daß die Differenz von dem elektrischen Äquivalent der mechanischen
Drehzahl n4 und der Schlupfperiodenzahl 1Z3 gleich der Erregerperiodenzahl. n5 ist.
Für den Fall der Ab b. i bestecht dann die Gleichung n,, =1Z4 -113-Setzt man in
diese Gleichung für n3 den Wert von n3 aus Gleichung i ein, so erhält man '(3) 115=n4-ul+n2.
Wird die Erregung für die Hintermaschine 2 einer Erregermaschine 4 entnommen, so
muß dafür gesorgt werden, daß diese Maschine 4 mit einer Drehzahl angetrieben wird,
die in jedem Augenblick dem Weirtn5 entspricht. Zu diesem Zweck ist ein Differentialgetriebe
5 mit der einen Komponente an die Drehzahl n2, mit der andern Komponente an eine
Synchronmaschine 6 gelegt, die mit der Netzfrequenz n, betrieben wird. Die dritte
Komponente dieses Differentialgetriebes hat dann die Drehzahl u6. (4) n6
=n1-112. Ein zweites Differentialgetriebe 7 ist mit einer Komponente an diese Drehzahl
n6 gelegt, so daß für seine dritte Komponente n7 die folgende Gleichung gilt:
(5) 117 = 114 - 116 oder (6) 117 =n4-u1+n2=lk. Die Erregerperiodenzahl
folgt bei dieser Anordnung jeder Änderung der Antriebsdrehzahl n2 wie der Frequenz
nl oder der Hinterma.s,chinendrehzahl n4 selbsttätig und gestattet einen Betrieb
der Hintermaschine 2 mit irgendeiner frei wählbaren Drehzahl.
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Die Abb. 2 zeigt bei gleichen Bezugszeichen eine vereinfachte Art
:der Erzeugung der Periodenzahl n5. Ein Differentialgetriebe 8 ist in diesem Fall
mit einer am Netz liegenden Synchronmaschine 6 und der Welle des Hintermaschinensatzes
n4 so verbunden, daß seine dritte Komponente n3 die Differenz der andern beiden
Komponenten bildet, also (7) us=n4-111. Die Erregermaschine 4 ist als Maschine
mit umlaufendem Ständer ausgeführt. Der Ständer ist mit der Antizebswelle n2, der
Läufer mit der Komponente n8 des Differentialgetriebes 8 verbunden. Die der Maschine
entnommene Periodenzahl n2 entspricht der Summe der Drehzahlen von Ständer und Läufer,
also (8) us=ns+n2 und (9) ns=n4-nl+n2=n5.
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Es ist somit dasselbe erreicht wie bei der Anordnung nach der Ab:b.
i. Auch das Differentialgetriebe 8 kann durch eine Anordnung nach der Abb.3 ersetzt
werden. In diesem Fall wird die Erregermaschine ebenfalls mit urrJaufendem Ständer
ausgeführt und mit der Netzfrequenz n1 erregt. Es werden dann Ständer und Läufer
mit der Antriebsdreihzahl n. und der Hinterdrehzahhnaschine n4 gekuppelt. So 'kann
bekanntlich ohne weiteres erreicht werden, daß die der Erregermaschine entno-mmene
Periodenzahl tiio folgender Gleichung genügt (io) 1110=ni-11i ;-11.>=n5.
Dadurch
wird unter Verwendung einer einzigen Maschine der Forderung des Erfindungsgedankecvs
entsprochen.
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Sieht man von der Verwendung von Differentialgetrieben und Maschinen
mit umlaufendem Ständer ab, so kann die Anordnung auch nach Abb. 4. getroffen werden.
Die Anordnung von Haupt-, Hinter- und Hilfsmaschine ist bei denselben Bezugszeiten
die gleiche, wie in den Abb. i bis 3 dargestellt. Die Erregung für die Maschine
2 wird dem Seku@ndärs@tromkreis eines Asynchronmotors 9 entnommen, dessen Primärstromkreis
an einem Frequenzwandler i o liegt, der mechanisch vom Hintermaschinensatz 2 -;-
3 angetrieben, wird und dessen zweite elektrische Komponente n1 über einen Transformator
i i am Netz liegt. Die Frequenz n11 zwischen der Drehfeldmaschine 9 und dem Frequenzwandler
i o errechnet sich als (i i) 11ll=nl-ttl. Wird die Maschine 9 so geschaltet, daß
ihr Anker (bei positiv drehendem S:tatorfeld) gegen das Drehfeld läuft, so ist die
an den Schleifringen abgenommene Erregerperiodenzahl (i2) jl:2-llil@n:.' oder (13)
i112=114-nt-@-112=t15. Der Transformator i i liefert einen für die Erregung richtigen
Spannungswert an den Schleifringen der Maschine 9. Die Einstellung der Erregung
kann am Transformator i i oder durch andere bekannte spannungsregelnde Mittel zwischen
:dem Transformator, der Maschine io und der Maschine 9 oder auch zwischen der Maschine
9 und der '.Maschine 2 vorgenommen werden.
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Müssen der Maschine 2 zwei getrennte Erregerflüsse, z. B. einer zur
Regelung der Drehzahl und ein zweiter zur Einstellung des Leistungsfaktors, zugeführt
werden, so kann dies von den Schleifringen der Maschine 9 in gesondierten Stromkreisen
mit eigenen Regelapparaten geschehen. Es kann auchnotwendig werden, für die getrennten
Erregerflüsse an S S telle der Maschine i o zwei Maschinen zu verwenden,.gegebenenfaJ1s
auch zwei Transformatoren i i, um durch Regelung an den Transformatoren die gewünschten
Betriebsverhältrisse, d. h. Drehzahl und Leistungsfaktor, einstellen zu können.
Grundsätzlich ist es gleichgültig, ob die Drehfeldmas-chine 9 oder der Frequenzwandler
io mit der Drehzahl n2 gekuppelt ist, d. h. die leiden Maschinen können vertauscht
werden. Ebenso kann die mit der Drehzahl 11, verbundene Maschine vom Netz aus gespeist
werden und ihrerseits die mit der Drehzahl t1,1 gekuppelten Maschinen speisen. In
jedem Fall muß eine für Größe und Richtung des erregenden Spannungsvektors notwendige
Doppelerregung im Primärstromkreis der Erregermaschine liegen.
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Es ist ohne weiteres möglich, noch weitere Anordnungen für die Erzeugung
der richtigen Periodenzahl gemäß der Erfindung anzugeben. Die Erfindung ist anwendbar
bei allen geeigneten, also auch bei den hier nicht gezeigten Zusammenstellungen
von Differentialgetrieben, Asynchronmaschinen, Frequenzwandlern und Maschinen mit
umlaufendem Ständer mit Gleich- oder Drehstromerregung, kurz, bei allen Maschinen
mit drei Komponenten, deren Zeitpotentiale (Drehzahl oder Periodenzahl) in einem
bestimmten Abhängigkeitsverhältnis stehen.
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Die sinngemäße Anwendung der Erfindung auf mechanisch gekuppelte Drehstromsätze
ermöglicht die Übertragung der von der Hintermaschine abgegebenen mechanischen Leistung
auf die Welle der Induktionsmaschine durch Riemen oder andere nicht starre Kupplungen.
Die Verwendung dieser billigen und einfachen Übertragungsart stellt einen besonderen
Vorteil der Erfindung dar, da eine Verwendung dieser Kupplungen in solchem Regelsätzen
bisher unmöglich. war. Die Abbildungen der Beschreibung ändern sich für diese Regelsätze
insofern, als die Maschine 2 nicht mit einer besonderen Hilfsmaschine 3, sondern
über ein nicht starres Getriebe, z. B. Riementrieb, mit der Welle der Vordermaschine
gekuppelt ist.