DE532681C

DE532681C - Switching arrangement for generating voltages of changing frequency by means of an asynchronous machine driven at changing speed

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Publication number: DE532681C
Application number: DEO18073D
Authority: DE
Original assignee: FRITZ HOFMANN DIPL ING; HANS GRANER DIPL ING; JOHANN OSSANNA DR ING
Current assignee: FRITZ HOFMANN DIPL ING; HANS GRANER DIPL ING; JOHANN OSSANNA DR ING
Priority date: 1929-04-05
Filing date: 1929-04-05
Publication date: 1931-09-05

Description

Es Hegt manchmal die Aufgabe vor, in einen Stromkreis wechselnder Frequenz mit Hilfe einer mit wechselnder Drehzahl angetriebenen Asynchronmaschine Spannungen veränderlicher Große und Richtung einzuführen und außerdem den Stromkreis wechselnder Frequenz für alle in ihm tätigen Spannungen genau oder annähernd induktionslos zu machen. Vorliegende Erfindung beziehtIt sometimes has the task of being in a circuit with changing frequency Introduce voltages of variable magnitude and direction with the help of an asynchronous machine driven with changing speed and also the circuit of changing frequency for all voltages operating in it to make exactly or approximately induction-free. The present invention relates

ίο sich auf eine Schaltanordnung, durch die dieses Ziel auf einfachere Weise als bei den bekannten Anordnungen erreicht wird. Die Wirkungsweise dieser den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Schaltanordnung wird im folgenden an einem praktisch wichtigen Beispiel, nämlich der Drehzahloder Leistungsregelung eines asynchronen Generators oder Motors beschrieben.ίο refer to a switching arrangement through which this aim is achieved in a simpler way than with the known arrangements. the Mode of action of this switching arrangement forming the subject of the present invention is explained below using a practically important example, namely the speed or Power control of an asynchronous generator or motor is described.

Es ist bekannt, daß asynchrone Generatoren und Motoren (im nachstehenden als Hauptmaschine bezeichnet) sich durch Einführung zweier Spannungen in ihren sekundären Stromkreis regeln lassen. Die erste, konstante Spannung kann durch einen Frequenzumformer oder durch eine mit Netzfrequenz erregte, kompensierte Kommutatormaschine gewonnen werden, während zur Erzeugung der zweiten, der Schlüpfung proportionalen Spannung verschiedene Mittel zur Verfügung stehen. Man kann hierzu entweder die sekundäre Spannung (Schleifringspannung) der Hauptmaschine oder die Spannung einer zweiten Läuferwicklung oder endlich die Spannung einer asynchronen Hilfsmaschine, die mit der Hauptmaschine gekuppelt ist, verwenden. Nur die zuletzt genannte Methode führt unmittelbar zum Ziel, indem sie eine Spannung liefert, die der Spannung und der Schlüpfung der Hauptmaschine genau proportional ist. Die zweite Methode gibt dagegen nur dann eine genaue Lösung, wenn man die Spannung der Hilfswicklung in bekannter Weise vorerst durch einen Kopplungstransformator korrigiert. Die zuerst erwähnte Verwendung der Schleifringspannung der Hauptmaschine liefert dagegen nur eine annähernde Lösung der Aufgabe.It is known that asynchronous generators and motors (hereinafter referred to as Main machine) itself by introducing two tensions in its secondary Have the circuit regulated. The first constant voltage can be generated by a frequency converter or can be obtained by a compensated commutator machine excited at the line frequency while generating various means are available for the second voltage proportional to the slip. You can do this either the secondary tension (slip ring tension) of the main machine or the tension a second rotor winding or finally the voltage of an asynchronous auxiliary machine, that is coupled to the main machine. Only the last-mentioned method leads directly to the goal by it delivers a tension that exactly matches the tension and slip of the main engine is proportional. The second method, on the other hand, only gives an exact solution if one the voltage of the auxiliary winding in a known manner initially through a coupling transformer corrected. The first-mentioned use of the slip ring tension of the main machine, on the other hand, only delivers an approximate solution to the problem.

•Die Einführung der erwähnten zwei Spannungen in den Läuferstromkreis (Sekundärstromkreis) der asynchronen Hauptmaschine genügt aber noch nicht, um das gewünschte Ziel zu erreichen; man muß nämlich gleichzeitig dafür,Sorge tragen, daß diese Spannungen einen Strom erzeugen, der den Spannungen möglichst genau proportional ist. Man muß also den Einfluß der Induktiv!-• The introduction of the two tensions mentioned above in the rotor circuit (secondary circuit) of the asynchronous main machine is not enough to achieve the desired Aim to achieve; one must at the same time take care that these tensions generate a current that is as precisely as possible proportional to the voltages. So you have to take the influence of the inductive!

täten, weiche wiederum das Entstehen besonderer Spannungen bedingen, die nicht nur dem Strom, sondern auch der Schlüpfung proportional sind, beseitigen. Dies ist um so mehr der Fall, als die genannten zwei Spannungen gewöhnlich nicht unmittelbar, sondern erst mittelbar in den Läuferstromkreis der Hauptmaschine eingeführt werden.would, in turn, cause the emergence of special tensions, which are not only are proportional to the current but also to the slippage. This is so more the case than the two mentioned tensions are usually not immediate, but rather are only introduced indirectly into the rotor circuit of the main machine.

Ein bekanntes Mittel, um die Wirkung der ίο Induktivitäten zu beseitigen, besteht in der Anordnung einer asynchronen Hilfsmaschine, die auf der Sekundärseite mit einem Strome der Schlüpf frequenz gespeist wird und auf der Primärseite beispielsweise durch Kondensatoren belastet ist. Die asynchrone Maschine muß dabei bekanntlich so angetrieben werden, daß ihre Frequenz auf der Primärseite gleich der Netzfrequenz oder auch ein Mehrfaches der größten in Betracht kommenden Schlüpfperiodenzahl ist.A well-known means of eliminating the effect of the ίο inductors is to use the Arrangement of an asynchronous auxiliary machine, which on the secondary side with a stream the hatch frequency is fed and on the primary side, for example, by capacitors is burdened. As is well known, the asynchronous machine must be driven in such a way that that their frequency on the primary side is equal to or a multiple of the mains frequency is the largest number of hatching periods in question.

Bei vorliegender Erfindung werden nun die zwei erwähnten asynchronen Hilfsmasehinen vereinigt, so daß eine und dieselbe Maschine sowohl zur Beseitigung des Einflusses der Induktivität als auch zur Einführung der der Schlüpfung proportionalen Spannung dient. In der Figur ist eine derartige Schaltung beispielsweise dargestellt. Die Schlüpfleistungsmaschinen 2 werden durch die Erregermaschinen 3 erregt. Im Erregerstromkreis IV der letzteren Maschinen sind eingeschaltet die Sekundärwicklungen der praktisch rückwirkungslosen Kopplungstransformatoren 9 und 10, ferner die durch Drehregler 8 regelbare Spannung des Frequenzumformers 4 und schließlich die Läuferwicklung der asynchronen Hilfsmaschine 5. Im Ständerstromkreis V dieser Maschine sind die Kondensatoren 6 und eine durch den Transformator 7 erzeugte (gegebenenfalls regelbare), der Netzspannung proportionale Spannung U₅ eingeschaltet. Diese Spannung U₅ erscheint im Läuferstromkreis, also im Stromkreis IV insofern wieder, als hier eine Spannung (U₄₀ = S'E_i0) auftritt, die der Spannung U₅ und der Schlüpfung proportional ist. Durch die Kondensatoren wird bewirkt, daß der Läuferstromkreis der asynchronen Hilfsmaschine 5 (Stromkreis IV) für die genannte Spannung j · E_iQ und für die Spannung U₀ des Frequenzumformers 4 induktionsfrei erscheint. In the present invention, the two mentioned asynchronous auxiliary machines are now combined, so that one and the same machine serves both to eliminate the influence of the inductance and to introduce the voltage proportional to the slip. Such a circuit is shown, for example, in the figure. The hatching power machines 2 are excited by the excitation machines 3. In the excitation circuit IV of the latter machines, the secondary windings of the practically reactionless coupling transformers 9 and 10 are switched on, furthermore the voltage of the frequency converter 4, which can be regulated by the rotary regulator 8, and finally the rotor winding of the asynchronous auxiliary machine 5.In the stator circuit V of this machine are the capacitors 6 and one through the Transformer 7 generated (possibly controllable) voltage U ₅ proportional to the mains voltage is switched on. This voltage U ₅ appears again in the rotor circuit, that is to say in circuit IV, to the extent that a voltage (U ₄₀ = S'E _i0 ) occurs here which _{is proportional to the voltage U 5} and the slip. The capacitors have the effect that the rotor circuit of the asynchronous auxiliary machine 5 (circuit IV) appears to be induction-free for the said voltage j · E _iQ and for the voltage U _{0 of the frequency converter 4.}

Die Kondensatoren können dabei auch mittelbar, d. h. über einen Transformator in den Stromkreis V eingeführt werden. Dasselbe gilt auch für die regelbare Spannung U₅. An Stelle der Kondensatoren kann selbstverständlich auch jede andere Einrichtung verwendet werden, die die Fähigkeit hat, einen voreilenden Strom aufzunehmen.The capacitors can also be introduced into the circuit V indirectly, ie via a transformer. The same also applies to the controllable voltage U ₅ . Instead of the capacitors, any other device which has the ability to take up a leading current can of course also be used.

Die mit ihren sekundären Wicklungen auf den Stromkreis IV wirkenden Kopplungstransformatoren 9 und 10 haben die Aufgabe, die Spannungen j E_iQ und U₀ des Stromkreises IV in den Läuferstromkreis II der asynchronen Hauptmaschine so zu übertragen, daß sich weder ihre Richtung noch ihre Größe mit der Schlüpfung ändert. Im sekundären Stromkreis II sind dann gewissermaßen drei Spannungen vorhanden, die so wirken,, als ob dieser Stromkreis induktionsfrei wäre. Diese sind: die Leerlauf spannung der Hauptmaschine s E₂₀, die mit einem bestimmten Faktor μ multiplizierte Spannung μ s E_i0 der Kondensatormaschine und die mit demselben Faktor multiplizierte Spannung μ U₀ des Frequenzumformers. Will man die gewünschte Belastungscharakteristik erhalten, so muß die Spannung μ s E_i0 mit der Spannung j .E₂₀ einen ganz bestimmten Winkel einschließen (gewöhnlich 180°).The acting with their secondary windings on the circuit IV coupling transformers 9 and 10 have the task of transferring the voltages j E _iQ and U _{0 of} the circuit IV in the rotor circuit II of the asynchronous main machine so that neither their direction nor their size with the Hatching changes. In the secondary circuit II there are then to a certain extent three voltages which act as if this circuit were induction-free. These are: the no-load voltage of the main machine s E ₂₀ , the voltage μ s E _{i0 of} the capacitor machine multiplied by a certain factor μ and the voltage μ U _{0 of} the frequency converter multiplied by the same factor. If the desired load characteristic is to be obtained, the voltage μ s E _i0 must form a very specific angle with the voltage j .E ₂₀ (usually 180 °).

Um diesen Winkel einzustellen, gibt es drei Mittel. Das erste und zugleich beste besteht in der Ausführung der Maschine 5 mit verdrehbarem Ständer. Es ist dann möglich, während des Betriebes den genannten Winkel beliebig einzustellen. Das zweite Mittel besteht in der Erzeugung einer verdrehbaren Spannung U₅, z. B. durch Drehregler. Der Transformator 7 müßte dementsprechend durch einen solchen Drehregler ersetzt oder ergänzt werden. Schließlich kann man auch eine verstellbare Kupplung zwischen der Maschine 5 und der Hauptmaschine 1 anordnen.There are three means of adjusting this angle. The first and at the same time best consists in the execution of the machine 5 with a rotatable stand. It is then possible to set the specified angle at will during operation. The second means consists in generating a rotatable voltage U ₅ , e.g. B. by rotary control. The transformer 7 would accordingly have to be replaced or supplemented by such a rotary control. Finally, an adjustable coupling can also be arranged between the machine 5 and the main machine 1.

Selbstverständlich ist es grundsätzlich gleich, in welchem Stromkreis die doppelt gespeiste Kondensatormaschine 5 eingeschaltet wird. Lediglich ihre Größe wird dadurch beeinflußt. It goes without saying that it is basically the same in which circuit the double-fed Capacitor machine 5 is turned on. Only their size is influenced by it.

Claims

Claims: ■

I. Switching arrangement for generating voltages of alternating frequency, the are used to remove inductances, especially in the secondary circuit of asynchronous main machines by a connected directly or indirectly to this circuit, Asynchronous machine driven with alternating speed, in its primary circuit fed by the mains Capacitors or similar machines or devices are switched on.

2. Switching arrangement according to claim 1, characterized in that the asynchronous machine (5) receives a rotatable stand.

3. Switching arrangement according to claim 1, characterized in that the network

voltage via step or rotary transformers or other known means for voltage regulation of the asynchronous machine is supplied.

4. Switching arrangement according to claim 1, characterized by one between the The rotor of the asynchronous machine (S) and the shaft driving it are switched on adjustable mechanical or gear clutch.

1 sheet of drawings