Einrichtung zur Erzielung eines ungleichmäßigen Drehzahlabfalls einer
Induktionsmaschine mittels einer in Kaskade geschalteten Kommutatormaschine Bei
Kraftübertragungssystemen, wie bei Förderanlagen, Walzenstraßen u. dgl., bei denen
die Wucht rotierender Massen zum Arbeitsausgleich herangezogen werden soll, ist
es erwünscht, daß die Drehzahlkennlinie des Induktionsmotors im Anfang der Belastung
langsam, dann, von Erreichung einer bestimmten Last an, schnell abfällt, so daß
die Schwungmassen erst von diesem Augenblick an in verstärktem Maße zur Arbeitsabgabe
herangezogen werden. Dieser Forderung versucht man gerecht zu werden, indem man
bekanntlich den Schlupf eines Asynchronmotors von einer gewissen Last an mittels
eines in seinem Rotorstromkreis geschalteten Widerstandes künstlich vergrößert.
Bei dieser Anordnung, deren Verhalten durch die Kurve d in Abb. I charakterisiert
ist, nimmt man jedoch eine unwirtschaftliche Energieumsetzung, nämlich die Wärmeentwicklung
in den Widerständen in Kauf. Außerdem ist es bei starken und plötzlich auftretenden
Belastungsstößen infolge der Massenträgheit des Reglers unmöglich, den Widerstand
so schnell einzuschalten, daß der Knick, wie ihn die Linie d zeigt, bei einer bestimmten
gewünschten Belastung auftritt. In Wirklichkeit können daher die Schwungmassen heftige
und plötzliche bzw. rasch aufeinanderfolgende Überlastungsstöße nicht vom Netz fernhalten.
Um die Widerstandsverluste im Anlasser des Asynchronmotors zu vermeiden, ist man
dazu übergegangen, eine Kollektormaschine mit dem Vordermotor in Kaskade zu schalten
und zur Einstellung der Erregung der Hintermaschine einen mechanischen Regler zu
verwenden. Die Nachteile des letzteren auf die rechtzeitige Auswirkung der Schwungmassen
werden beseitigt, indem man an Stelle des Reglers mit zunehmender Belastung die
Erregung der Kommutatorhintermaschine mittels einer Serienwicklung verstärkt, d.
h. man gibt der Maschine mehr oder weniger den Charakter eines Hauptschlußmotors,
bei dem jedoch die Drehzahl anfangs schnell, dann, mit wachsender Last, infolge
der eintretenden Sättigung der Kollektormaschine langsam abfällt. Das Verhalten
einer derartigen Kaskade wird durch die Kurve c in Abb. i gekennzeichnet. Die Schwungmassenenergie
wird dabei schon bei kleineren Lastspitzen verbraucht, während sie erst bei größeren
Stößen angefordert werden sollte. Bei den in Frage kommenden Betriebsverhältnissen
ist jedoch
der Verlauf einer Kennlinie; die nahezu so wie die Kurve
d in Abb. I verläuft, erwünscht.Device for achieving an uneven speed drop of a
Induction machine by means of a commutator machine connected in cascade
Power transmission systems, such as conveyor systems, roller lines and the like, in which
the force of rotating masses is to be used to compensate for work
it is desirable that the speed characteristic of the induction motor at the beginning of the load
slowly, then, once a certain load has been reached, it falls off rapidly, so that
the centrifugal masses only from this moment on to an increased extent for the work transfer
can be used. One tries to meet this demand by
known to mean the slip of an asynchronous motor from a certain load on
a resistor connected in its rotor circuit is artificially enlarged.
In this arrangement, the behavior of which is characterized by curve d in Fig. I.
is, however, one takes an uneconomical energy conversion, namely the heat generation
in the resistances in purchase. Also, it is strong and sudden onset
Load surges due to the inertia of the controller impossible to reduce the resistance
to be switched on so quickly that the kink, as shown by line d, is at a certain point
desired load occurs. In reality, the centrifugal masses can therefore be violent
and do not keep sudden or rapidly successive overload surges away from the network.
In order to avoid the resistance losses in the starter of the asynchronous motor, one is
went over to cascade a collector machine with the front engine
and a mechanical regulator to adjust the excitation of the rear machine
use. The disadvantages of the latter on the timely impact of the flywheels
are eliminated by replacing the controller with the
The excitation of the commutator rear machine is amplified by means of a series winding, d.
H. one gives the machine more or less the character of a main circuit,
at which, however, the speed is initially fast, then, as the load increases, as a result
The saturation of the collector machine slowly decreases. Behaviour
such a cascade is indicated by curve c in Fig. i. The flywheel energy
is already consumed with smaller load peaks, while it is only consumed with larger
Bumps should be requested. With the operating conditions in question
but it is
the course of a characteristic curve; which is almost like the curve
d in Fig. I is desirable.
Erfindungsgemäß wird eire ähnlich wie d verlaufende Kennlinie dadurch
erhalten, daß im Stator der Hintermaschine zwei Erregerwicklungen angeordnet werden,
von denen die eine mit konstantem Erregerstrom gespeist und die andere vom veränderlichen
Läuferstrom des Vordermotors durchflossen wird. Dabei wird der Windungssinn dieser
beiden Wicklungen und die durch ihre elektrische Beanspruchung bestimmten Bemessungen
erfindungsgemäß so gewählt, daß die in den Spulen erzeugten Amperewindungen im wesentlichen
einander entgegenwirken und sich bei einer beliebig einstellbaren Last, z. B. Vollast
oder Überlast, in ihrer Wirkung aufheben. Das Verhalten der Induktionsmaschine mit
der in Kaskade geschalteten Hintermaschine ist in Abb. I und 3 durch die Kurve a
dargestellt. Beide Schaubilder lassen die Abhängigkeit der Drehzahl n, gemessen
in Prozenten der svnchronen Drehzahl von der Belastung N erkennen.According to the invention, a characteristic curve running in a manner similar to d is thereby created
obtained that two excitation windings are arranged in the stator of the rear machine,
one of which is fed with constant excitation current and the other of which is variable
The rotor current of the front engine flows through it. The winding sense becomes this
both windings and the dimensions determined by their electrical stress
according to the invention selected so that the ampere turns generated in the coils are essentially
counteract each other and at any adjustable load, z. B. Full load
or overload, cancel out in their effect. The behavior of the induction machine with
the rear machine connected in cascade is shown in Fig. I and 3 by curve a
shown. Both graphs show the dependence of the speed n, measured
recognize the load N as a percentage of the synchronous speed.
In der Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltung angegeben.
Mit m ist ein vom Netz gespeister Asynchronmotor bezeichnet, an dessen Sekundärteil
über Schleifringe die Kommutatormaschine h angeschlossen ist. Außer der in der Abb.
2 nicht gezeichneten Wendepol- und Kompensationswicklung sind im Ständer der Kollektormaschine
h noch zwei Erregerwicklungen f und g untergebracht, von denen g durch. einen nahezu
konstanten von einem Frequenzwandler w gelieferten Strom in bekannter Weise gespeist
und f von dem mit der Last sich ändernden Läuferstrom der Vordermaschine durchflossen
wird: Die Anordnung der beiden Erregerwicklungen ist nun so gewählt, daß durch die
Wirkung der Erregung f allein die Drehzahl der Induktionsmaschine mit zunehmender
Belastung abnehmen und durch die Wirkung der Wicklung g allein der Induktionsmotor
auf eine von der Belastung annähernd unabhängige übersynchrone Drehzahl eingestellt
würde. Unter dem Einfluß von f ist das Verhalten der Kaskade nach der Schaulinie
e und unter dem von g nach der Kurve p in Abb. 3 gekennzeichnet. Das gleichzeitige
Gegeneinanderarbeiten der Wicklungen f und g ergibt eine um die Beträge von p zu
e parallel zu e gelegte Kurve. Im Punkte s, der im angenommenen Falle einer 25prozentigen
Überlast entspricht, heben sich die beiden Wicklungen in ihrer Wirkung auf. Infolge
der Sättigung wird der Verlauf der Kurve erfindungsgemäß im Sinne r-r', m-m' abgebogen.
Die im feststehenden Teil der Kommutatorhintermaschine lt außer den in in Abb. 2
eingezeichneten Wicklungen noch untergebrachte Kompensationswicklung kann auch mit
der Hauptstromerregerwicklung in bekannter Weise zu einer einzigen Spule vereinigt
werden. Der Frequenzwandler w wird über einen Transformator t mit einem festen oder
einstellbaren Übersetzungsverhältnis vom Netz aus gespeist.In Fig. 2, an embodiment of the circuit is shown.
An asynchronous motor fed by the mains is denoted by m, on its secondary part
The commutator machine h is connected via slip rings. Except for the one shown in Fig.
2 reversing pole and compensation windings (not shown) are in the stator of the collector machine
h also accommodated two excitation windings f and g, of which g through. one almost
constant current supplied by a frequency converter w fed in a known manner
and f is traversed by the rotor current of the front machine, which changes with the load
is: The arrangement of the two excitation windings is now chosen so that through the
Effect of the excitation f alone increases the speed of the induction machine
Reduce the load and through the action of the winding g alone the induction motor
set to an oversynchronous speed that is almost independent of the load
would. Under the influence of f is the behavior of the cascade after the sight line
e and below that of g according to curve p in Fig. 3. The simultaneous
Working against one another of the windings f and g results in a by the amounts of p to
e curve laid parallel to e. In point s, in the assumed case of 25 percent
Corresponds to overload, the effect of the two windings cancel each other out. As a result
the saturation, the course of the curve is bent according to the invention in the sense of r-r ', m-m'.
The ones in the fixed part of the commutator rear machine are as shown in Fig. 2
Compensation winding still accommodated in the windings shown can also be used with
the main current excitation winding combined into a single coil in a known manner
will. The frequency converter w is via a transformer t with a fixed or
adjustable transmission ratio fed from the mains.
Die neue Anordnung mit der entsprechend gewählten Bemessung der Wicklung
und der Spannung des Frequenzwandlers w bewirkt zunächst eine Änderung der Sättigung
des Eisens der Hintermaschine h derart, daß in der Nähe der Leerlaufdrehzahl der
Kaskade die induzierte Gegen-EMK der Kollektormaschine und somit auch die Geschwindigkeit
der Induktionsmaschine bei zunehmender Last nahezu konstant bleiben, wie dies aus
der Kurve a in Abb. I zu ersehen ist. Ändert sich bei höherer Belastung diese um
einen vorher angenommenen Betrag, so bewirkt die damit verbundene Änderung der Erregung
der Kommutatorhintermaschine, infolge der abnehmenden Sättigung, eine wesentlich
größere Änderung ihrer Gegen-EMK und damit auch des Schlupfes des Vordermotors.
Bei der Kurve a der Abb. i beginnt der schnelle Abfall der Drehzahl ungefähr bei
'l4 Last. In diesem Augenblick wird die in den Schwungmassen aufgespeicherte potentielle
Energie in kinetische umgewandelt und zur Deckung der Last im größeren Maße als
vorher herangezogen. Einen Vorteil bietet die neue Anordnung insofern noch, als
man von dem Bereich der übersynchronen Leerlaufdrehzahl zum untersynchronen Betrieb
bei überlast übergeht, wie dies bei ähnlichen Einrichtungen und Kaskadenschaltungen
bekannt ist. Die Hintermaschine wird daher bedeutend kleiner als wenn die gleiche
Drehzahländerung nur im untersynchronen Gebiet erfolgt. Infolge der kleinen Schlupfperiodenzahl
sind die zur störungsfreien Kommutierung notwendigen Vorkehrungen leichter und mit
weniger kostspieligem Aufwand zu treffen. Durch geeignete Einstellung der Phase
des Frequenzwandlers w, z. B. durch Bürstenverschiebung, läßt sich der Leistungsfaktor
des Vordermotors m auf einen beliebigen Wert, z. B. i, bringen. Der Antrieb der
Kommutatorhintermaschine kann natürlich durch irgendeinen beliebigen Motor s erfolgen
oder sie kann bei passenden Drehzahlen direkt mit dem Vordermotor gekuppelt werden.
Es besteht ferner auch bei der neuen Anordnung noch die Möglichkeit, den Freqüenzwandler
in an sich bekannter Weise von einem besonders aufgestellten Synchronmotor antreiben
zu lassen, der an das Netz gelegt ist, während der Frequenzwandler über seine Schleifringe
von einer mit der Welle des Vordermotors starr gekuppelten Synchronmaschine gespeist
wird.The new arrangement with the selected winding dimensioning
and the voltage of the frequency converter w initially causes a change in saturation
of the iron of the rear machine h such that in the vicinity of the idle speed of the
Cascade the induced back EMF of the collector machine and thus also the speed
the induction machine remain almost constant as the load increases, as this is the case
curve a in Fig. I can be seen. If this changes with a higher load
a previously accepted amount, it causes the associated change in arousal
the commutator back machine, due to the decreasing saturation, a significant
major change in their back EMF and thus also in the slip of the front engine.
In curve a in Fig. I, the rapid drop in speed begins approximately at
'l4 load. At this moment the potential stored in the flywheels becomes
Energy converted into kinetic and used to cover the load to a greater extent than
previously consulted. The new arrangement still offers an advantage in that
from the range of oversynchronous idle speed to subsynchronous operation
in the event of an overload, as is the case with similar devices and cascade circuits
is known. The rear machine will therefore be significantly smaller than if the same
The speed change only takes place in the subsynchronous area. As a result of the small number of hatching periods
the precautions necessary for trouble-free commutation are easier and with
less costly effort to meet. By setting the phase appropriately
of the frequency converter w, z. B. by brush displacement, the power factor
of the front engine m to any value, e.g. B. i, bring. The drive of the
The commutator rear machine can of course be implemented by any arbitrary motor
or it can be coupled directly to the front engine at the right speed.
There is also the possibility of using the frequency converter with the new arrangement
drive in a manner known per se from a specially set up synchronous motor
to let, which is connected to the network, while the frequency converter has its slip rings
fed by a synchronous machine rigidly coupled to the shaft of the front engine
will.